KR20220070439A - Systems and methods for providing haptic guidance - Google Patents
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Abstract
방법은 가상 대상을 정의하는 단계 및 수술 도구의 가상 표현과 연관된 제1 지점 및 제2 지점을 정의하는 단계를 포함한다. 수술 도구의 가상 표현의 이동은 실제 공간에서의 수술 도구의 움직임에 해당한다. 방법은 제1 지점을 가상 대상에 구속하기 위해 수술 도구에 결합된 로봇 디바이스를 제어하는 단계, 제1 지점이 가상 대상을 따라 임계 위치에 있는 것을 결정하는 단계, 및 제2 지점을 가상 대상으로 안내하기 위해 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함한다.The method includes defining a virtual object and defining first and second points associated with the virtual representation of the surgical tool. The movement of the virtual representation of the surgical tool corresponds to the movement of the surgical tool in real space. The method includes controlling a robotic device coupled to a surgical tool to constrain a first point to a virtual object, determining that the first point is at a critical position along the virtual object, and guiding a second point to the virtual object and controlling the robot device to do so.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
본 출원은 그 전체 개시내용이 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 2019년 10월 1일자로 출원된 미국 가출원 제62/908,890호의 이익과 우선권을 주장한다.This application claims the benefit and priority of U.S. Provisional Application Serial No. 62/908,890, filed on October 1, 2019, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
본 개시는 일반적으로 정형외과 수술을 위한 수술 시스템, 예를 들어, 관절 치환술을 돕는 수술 시스템에 관한 것이다. 관절 치환술(관절 성형술)은 관절의 일부를 보철 구성요소로 교체함으로써 환자의 관절에 대한 골관절염 및 다른 손상을 치료하는 데 널리 사용된다. 관절 치환술은 고관절, 무릎, 어깨 또는 다른 관절을 하나 이상의 보철 구성요소로 교체하는 절차를 포함할 수 있다. The present disclosure relates generally to surgical systems for orthopedic surgery, eg, surgical systems to aid in joint replacement surgery. Arthroplasty (arthroplasty) is widely used to treat osteoarthritis and other damage to a patient's joint by replacing part of the joint with prosthetic components. Joint replacement surgery may include a procedure in which a hip, knee, shoulder, or other joint is replaced with one or more prosthetic components.
관절 성형술 절차에 사용하기 위한 한 가지 가능한 도구는 로봇 보조 수술 시스템이다. 로봇 보조 수술 시스템은 전형적으로 임플란트를 수용하기 위해 환자의 해부학적 구조를 준비하는 데 사용되는 로봇 디바이스, 환자의 해부학적 구조에 대한 로봇 디바이스의 위치를 모니터링하도록 구성된 추적 시스템, 및 로봇 디바이스를 모니터링하고 제어하도록 구성된 컴퓨팅 시스템을 포함한다. 다양한 형태의 로봇 보조 수술 시스템은 수술 작업을 자율적으로 수행하고, 수술 작업을 완료하기 위해 수술 장치를 조작하는 사용자에게 힘 피드백을 제공하고, 외과의사의 손재주와 정밀도를 높이고, 안전하고 정확한 수술 작업을 용이하게 하기 위해 다른 탐색 신호를 제공한다.One possible tool for use in arthroplasty procedures is a robot-assisted surgical system. Robot-assisted surgical systems typically monitor a robotic device used to prepare a patient's anatomy for receiving an implant, a tracking system configured to monitor the position of the robotic device relative to the patient's anatomy, and the robotic device and and a computing system configured to control. Various types of robot-assisted surgical systems can autonomously perform surgical tasks, provide force feedback to users operating surgical devices to complete surgical tasks, increase surgeon dexterity and precision, and ensure safe and accurate surgical operations. Another search signal is provided to facilitate.
로봇 보조 수술 시스템으로 수술 절차를 수행하기 전에 수술 계획이 일반적으로 수립된다. 수술 계획에 따라 수술 시스템은 수술 절차의 일부 동안 수술 도구의 이동을 안내, 제어 또는 제한한다. 수술 도구의 안내 및/또는 제어는 수술 계획을 실행하는 동안 외과의를 보조하는 역할을 한다. A surgical plan is usually established prior to performing a surgical procedure with a robot-assisted surgical system. Depending on the surgical plan, the surgical system guides, controls, or restricts movement of surgical instruments during part of the surgical procedure. Guidance and/or control of the surgical instruments serves to assist the surgeon during the execution of the surgical plan.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 임플란트 구성요소를 수용하도록 준비된 대퇴골의 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 수술 시스템의 예시이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 도 2의 수술 시스템에 의해 수행될 수 있는 제1 프로세스의 흐름도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 도 2의 수술 시스템에 의해 수행될 수 있는 제2 프로세스의 흐름도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 도 4의 프로세스의 예시이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 도 2의 수술 시스템에 의해 수행될 수 있는 제3 프로세스의 흐름도이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 도 6의 프로세스에 사용될 수 있는 가상 제어 대상의 예시이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 도 2의 수술 시스템에 의해 수행될 수 있는 제4 프로세스의 흐름도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 도 2의 수술 시스템에 의해 수행될 수 있는 제5 프로세스의 흐름도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 도 9의 프로세스에 사용될 수 있는 가상 제어 대상의 예시이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 도 2의 수술 시스템에 의해 수행될 수 있는 제6 프로세스의 흐름도이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 도 2의 수술 시스템에 의해 수행될 수 있는 제7 프로세스의 흐름도이다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른 도 2의 수술 시스템에 의해 수행될 수 있는 제8 프로세스의 흐름도이다.1 is a perspective view of a femur prepared to receive an implant component in accordance with an exemplary embodiment.
2 is an illustration of a surgical system in accordance with an exemplary embodiment.
3 is a flow diagram of a first process that may be performed by the surgical system of FIG. 2 in accordance with an exemplary embodiment.
4 is a flow diagram of a second process that may be performed by the surgical system of FIG. 2 in accordance with an exemplary embodiment.
Fig. 5 is an illustration of the process of Fig. 4 according to an exemplary embodiment.
6 is a flow diagram of a third process that may be performed by the surgical system of FIG. 2 according to an exemplary embodiment.
Fig. 7 is an illustration of a virtual control object that may be used in the process of Fig. 6 according to an exemplary embodiment.
Fig. 8 is a flow diagram of a fourth process that may be performed by the surgical system of Fig. 2 in accordance with an exemplary embodiment.
9 is a flow diagram of a fifth process that may be performed by the surgical system of FIG. 2 according to an exemplary embodiment.
Fig. 10 is an illustration of a virtual control object that may be used in the process of Fig. 9 according to an exemplary embodiment.
11 is a flow diagram of a sixth process that may be performed by the surgical system of FIG. 2 according to an exemplary embodiment.
12 is a flow diagram of a seventh process that may be performed by the surgical system of FIG. 2 according to an exemplary embodiment.
13 is a flow diagram of an eighth process that may be performed by the surgical system of FIG. 2 according to an exemplary embodiment.
발명의 내용content of the invention
본 개시의 일 구현은 로봇 디바이스를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 가상 대상을 정의하는 단계 및 수술 도구의 가상 표현과 연관된 제1 지점 및 제2 지점을 정의하는 단계를 포함한다. 수술 도구의 가상 표현의 이동은 실제 공간에서의 수술 도구의 이동에 대응한다. 방법은 제1 지점을 가상 대상에 제한하기 위해 수술 도구에 결합된 로봇 디바이스를 제어하는 단계, 제1 지점이 가상 대상을 따른 임계 위치에 있다고 결정하는 단계 및 제2 지점을 가상 대상으로 안내하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함한다.One implementation of the present disclosure relates to a method for controlling a robotic device. The method includes defining a virtual object and defining first and second points associated with the virtual representation of the surgical tool. Movement of the virtual representation of the surgical tool corresponds to movement of the surgical tool in real space. The method includes controlling a robotic device coupled to a surgical tool to confine a first point to the virtual object, determining that the first point is at a critical position along the virtual object, and the robot to guide a second point to the virtual object. controlling the device.
본 개시의 또 다른 구현은 로봇 디바이스 및 로봇 디바이스와 통신할 수 있는 처리 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 처리 회로는 가상 대상을 정의하고 수술 도구의 가상 표현과 연관된 제1 지점 및 제2 지점을 정의하도록 구성될 수 있다. 처리 회로는 수술 도구의 가상 표현의 이동이 실제 공간에서의 수술 도구의 이동에 대응하도록 구성된다. 처리 회로는 제1 지점을 가상 대상으로 제한하고, 제1 지점이 가상 대상을 따라 임계 위치에 있다고 결정하고, 제2 지점을 가상 대상으로 안내하도록 로봇 디바이스를 제어하기 위해 수술 도구에 결합된 로봇 디바이스를 제어하도록 추가로 구성된다.Another implementation of the present disclosure relates to a system including a robotic device and processing circuitry capable of communicating with the robotic device. The processing circuitry may be configured to define a virtual object and define first and second points associated with the virtual representation of the surgical tool. The processing circuitry is configured such that movement of the virtual representation of the surgical tool corresponds to movement of the surgical tool in real space. the processing circuitry is coupled to the surgical tool to control the robotic device to limit the first point to the virtual object, determine that the first point is at a critical position along the virtual object, and guide the second point to the virtual object is further configured to control
본 개시의 또 다른 구현은 도구가 결합된 로봇 디바이스를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 햅틱 대상에 기초하여 수술 도구를 제한하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계; 신호 및 사용자 정의 방향을 수신하는 단계; 및 제1 햅틱 대상을 사용자 정의 방향으로 확장함으로써 신호에 응답하여 햅틱 제어 상호작용을 조절하는 단계를 포함한다.Another implementation of the present disclosure relates to a method of operating a robotic device to which a tool is coupled. The method includes controlling the robotic device to constrain the surgical tool based on the first haptic object; receiving a signal and a user-defined direction; and adjusting the haptic control interaction in response to the signal by expanding the first haptic object in a user-defined direction.
본 개시의 또 다른 구현은 로봇 디바이스 및 로봇 디바이스와 통신할 수 있는 처리 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 처리 회로는 제1 햅틱 대상에 기초하여 수술 도구를 제한하고, 신호 및 사용자 정의 방향을 수신하고, 사용자 정의 방향으로 제1 햅틱 대상을 확장함으로써 신호에 응답하여 햅틱 제어 상호작용을 조절하도록 로봇 디바이스를 제어하도록 구성된다.Another implementation of the present disclosure relates to a system including a robotic device and processing circuitry capable of communicating with the robotic device. The processing circuitry configures the robotic device to adjust the haptic control interaction in response to the signal by confining the surgical tool based on the first haptic object, receiving a signal and a user-defined direction, and extending the first haptic object in the user-defined direction. configured to control.
본 개시의 또 다른 구현은 도구가 결합된 로봇 디바이스를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 햅틱 대상에 기초하여 도구를 제한하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계, 신호 및 사용자 정의 방향을 수신하는 단계, 및 도구의 가상 치수를 조절함으로써 신호에 응답하여 햅틱 제어 상호작용을 조절하는 단계를 포함한다.Another implementation of the present disclosure relates to a method of operating a robotic device to which a tool is coupled. The method includes controlling the robotic device to constrain a tool based on a first haptic object, receiving a signal and a user-defined direction, and adjusting a haptic control interaction in response to the signal by adjusting a virtual dimension of the tool. includes
본 개시의 또 다른 구현은 로봇 디바이스 및 로봇 디바이스와 통신가능한 처리 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 처리 회로는 로봇 디바이스를 제어하여 제1 햅틱 대상에 기초하여 도구를 제한하고, 신호 및 사용자 정의 방향을 수신하고, 및 도구의 가상 치수를 조절함으로써 신호에 응답하여 햅틱 제어 상호작용을 조절한다.Another implementation of the present disclosure relates to a system including a robotic device and processing circuitry communicable with the robotic device. The processing circuitry controls the robotic device to constrain the tool based on the first haptic object, receive a signal and a user-defined orientation, and adjust the haptic control interaction in response to the signal by adjusting a virtual dimension of the tool.
본 개시의 또 다른 구현은 로봇 디바이스를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 로봇 디바이스에 결합된 도구의 이동을 추적하는 단계, 도구의 이동 방향을 결정하는 단계, 이동 방향이 가상 제어 대상을 향하는지의 여부를 결정하는 단계, 및 이동 방향이 가상 제어 대상을 향한다는 결정에 응답하여, 도구를 가상 제어 대상으로 안내하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함한다.Another implementation of the present disclosure relates to a method of operating a robotic device. The method includes tracking movement of a tool coupled to a robotic device, determining a direction of movement of the tool, determining whether the direction of movement is toward a virtual control object, and determining that the direction of movement is toward a virtual control object. in response, controlling the robotic device to guide the tool to the virtual control object.
본 개시의 또 다른 구현은 로봇 디바이스 및 로봇 디바이스와 통신할 수 있는 처리 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 처리 회로는 로봇 디바이스에 결합된 도구의 이동을 나타내는 추적 데이터를 수신하고, 도구의 이동 방향을 결정하고, 이동 방향이 가상 제어 대상을 향하는지의 여부를 결정하고, 이동 방향이 가상 제어 대상을 향하는지의 결정에 응답하여 가상 제어 대상에 도구를 안내하도록 로봇 디바이스를 제어하게 구성된다.Another implementation of the present disclosure relates to a system including a robotic device and processing circuitry capable of communicating with the robotic device. The processing circuitry receives tracking data indicative of movement of a tool coupled to the robotic device, determines a direction of movement of the tool, determines whether the direction of movement is toward the virtual control object, and determines whether the direction of movement is toward the virtual control object. and in response to the determination, control the robotic device to guide the tool to the virtual control object.
본 개시의 또 다른 구현은 로봇 디바이스를 작동하는 방법에 관한 것이다. 방법은 로봇 디바이스에 결합된 도구를 추적하는 단계, 가상 제어 대상 내에서 도구를 제한하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계, 가상 제어 대상의 구역을 정의하는 단계, 도구가 구역에 있는지 결정하는 단계, 및 구역에서 도구의 이동에 저항하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함한다.Another implementation of the present disclosure relates to a method of operating a robotic device. The method includes tracking a tool coupled to the robotic device, controlling the robotic device to constrain the tool within the virtual control object, defining a zone of the virtual control object, determining whether the tool is in the zone, and the zone. and controlling the robotic device to resist movement of the tool in the .
본 개시의 또 다른 구현은 로봇 디바이스 및 로봇 디바이스와 통신할 수 있는 처리 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 처리 회로는 로봇 디바이스를 제어하여 가상 제어 대상 내에서 도구를 제한하고, 가상 제어 대상의 구역을 정의하고, 도구가 구역 내에 있는지 결정하고, 구역에서 도구의 이동에 저항하도록 로봇 디바이스를 제어하도록 구성된다.Another implementation of the present disclosure relates to a system including a robotic device and processing circuitry capable of communicating with the robotic device. the processing circuitry is configured to control the robotic device to limit the tool within the virtual control object, define a zone of the virtual control object, determine whether the tool is within the zone, and control the robotic device to resist movement of the tool in the zone .
본 개시의 또 다른 구현은 도구가 결합된 로봇 디바이스를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 로봇 디바이스에 의해 도구를 가상 제어 대상으로 제한하는 단계, 대략적으로 미리 결정된 방향으로 도구에 가해진 힘을 검출하는 단계, 대략적으로 미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지 여부를 결정하는 단계, 및 대략적으로 미리 결정된 방향으로의 힘이 임계 힘을 초과한다는 결정에 응답하여, 도구가 가상 제어 대상을 배출할 수 있도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함한다.Another implementation of the present disclosure relates to a method of operating a robotic device to which a tool is coupled. The method comprises the steps of limiting a tool to a virtual control object by a robotic device, detecting a force applied to the tool in an approximately predetermined direction, determining whether the force in the approximately predetermined direction exceeds a threshold force; and in response to determining that the force in the approximately predetermined direction exceeds the threshold force, controlling the robotic device such that the tool ejects the virtual control object.
본 개시의 또 다른 구현은 로봇 디바이스 및 로봇 디바이스와 통신할 수 있는 처리 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 처리 시스템은 로봇 디바이스를 제어하여 도구를 가상 제어 대상으로 제한하고, 대략적으로 미리 결정된 방향으로 도구에 가해진 힘을 검출하고, 대략적으로 미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지 여부를 결정하고, 및 대략적으로 미리 결정된 방향으로의 힘이 임계 힘을 초과한다는 결정에 응답하여, 도구가 가상 제어 대상을 배출할 수 있도록 로봇 디바이스를 제어하도록 구성된다.Another implementation of the present disclosure relates to a system including a robotic device and processing circuitry capable of communicating with the robotic device. The processing system controls the robotic device to limit the tool to the virtual control object, detect a force applied to the tool in an approximately predetermined direction, determine whether the force in the approximately predetermined direction exceeds a threshold force, and In response to determining that the force in the approximately predetermined direction exceeds the threshold force, the tool is configured to control the robotic device to eject the virtual control object.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
본 발명의 현재 바람직한 실시예가 도면에 예시되어 있다. 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 참조하기 위해 동일하거나 유사한 도면 부호를 사용하려는 노력이 이루어져 왔다. 본 명세서는 주로 정형외과적 관절 교체를 위한 로봇 팔을 언급하지만, 본원에 설명된 요지는 비외과적 적용에 사용되는 것들뿐만 아니라 예를 들어 척추 또는 치과 수술과 같이 다른 해부학적 영역에 관한 수술을 포함하는 다른 유형의 로봇 시스템에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.A presently preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawings. Efforts have been made to use the same or like reference numbers throughout the drawings to refer to the same or like parts. Although this specification mainly refers to robotic arms for orthopedic joint replacement, the subject matter described herein can be used for surgery on other anatomical areas, such as spine or dental surgery, as well as those used for non-surgical applications. It should be understood that it may be applied to other types of robotic systems, including
이제 도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 무릎 인공관절 수술 동안 변형된 대퇴골(101)이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 대퇴골(101)은 다중 평면 절단으로 변경되었다. 도시된 예에서, 대퇴골(100)은 5개의 실질적으로 평면인 표면, 즉 원위 표면(102), 후방 챔퍼 표면(104), 후방 표면(106), 전방 표면(108) 및 전방 챔퍼 표면(110)을 생성하도록 5개의 실질적으로 평면 절단에 의해 변경되었다. 평면 표면은 시상 톱 또는 다른 수술 도구, 예를 들어 아래에 설명된 예에서와 같이 로봇 디바이스에 결합된 수술 도구를 사용하여 달성될 수 있다. 평면 표면(102-110)은 평면 표면(102-110)이 대퇴골 임플란트 구성요소의 대응하는 표면과 정합되도록 생성된다. 평면 표면(102-110)의 위치 및 각도 배향은 임플란트 구성요소의 정렬 및 위치설정을 결정할 수 있다. 따라서, 높은 정확도로 평면 표면(102-110)을 생성하기 위해 수술 도구를 작동하는 것은 관절 교체 수술의 결과를 향상시킬 수 있다. Referring now to FIG. 1 , a
도 1에 도시된 바와 같이, 대퇴골(101)도 한 쌍의 파일럿 홀(120)을 갖도록 변경되었다. 파일럿 홀(120)은 대퇴골(101)로 연장되고 파일럿 홀(120)이 나사, 임플란트 구성요소의 표면으로부터 연장되는 돌출부 또는 대퇴골(101)에 임플란트 구성요소의 결합을 돕도록 구성된 다른 구조를 수용할 수 있다. 파일럿 홀(120)은 후술된 바와 같이 드릴, 구형 버, 또는 다른 수술 도구를 사용하여 생성될 수 있다. 파일럿 홀(120)은 미리 계획된 위치, 배향 및 깊이를 가질 수 있으며, 이는 원하는 위치 및 배향에서 뼈에 대한 임플란트 구성요소의 확실한 결합을 용이하게 한다. 일부 경우에, 파일럿 홀(120)은 뼈의 고밀도 영역과 교차하고 및/또는 다른 임플란트 구성요소 및/또는 민감한 해부학적 특징부를 방지하기 위해 계획된다. 따라서, 높은 정확도로 파일럿 홀(120)을 생성하기 위해 수술 도구를 조작하는 것은 관절 치환술의 결과를 향상시킬 수 있다. As shown in FIG. 1 , the
일부 실시예에서, 본원에 설명된 시스템 및 방법은 평면 표면(102-110) 및 파일럿 홀(120)을 생성하기 위한 로봇 보조를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이 5개의 평면 절단 및 2개의 원통형 파일럿 홀의 생성은 단지 예시일 뿐이며, 본원에 설명된 시스템 및 방법은 예를 들어 다양한 실시예에서 임의의 뼈 및/또는 관절의 준비를 위해 임의의 수의 평면 또는 비평면 절단, 임의의 수의 파일럿 홀, 이들의 임의의 조합 등의 생성을 계획하고 용이하게 하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 고관절 또는 어깨 인공관절 수술에서 구형 버는 본원의 시스템 및 방법에 따라 곡선형 임플란트 컵을 수용하도록 구성된 곡선형 표면을 리밍하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 본원에 설명된 시스템 및 방법은 뼈에 대한 임플란트 구성요소의 배치를 용이하게 하기 위해(예를 들어, 고관절 인공관절 수술에서 컵 임플란트의 충격을 용이하게 하기 위해) 사용될 수 있다. 많은 이러한 외과적 및 비-외과적 구현이 본 개시의 범위 내에 있다. In some embodiments, the systems and methods described herein provide robotic assistance for creating planar surfaces 102 - 110 and pilot holes 120 . The five planar cuts and the creation of two cylindrical pilot holes as shown in Figure 1 are exemplary only, and the systems and methods described herein can be used, for example, in various embodiments for the preparation of any bone and/or joint. It is to be understood as contemplating and facilitating the creation of any number of planar or non-planar cuts, any number of pilot holes, any combination thereof, and the like. For example, in hip or shoulder arthroplasty surgery, a spherical bur may be used to ream a curved surface configured to receive a curved implant cup in accordance with the systems and methods herein. Additionally, in other embodiments, the systems and methods described herein may be used to facilitate placement of an implant component relative to a bone (eg, to facilitate impact of a cup implant in hip arthroplasty surgery). have. Many such surgical and non-surgical implementations are within the scope of the present disclosure.
이제 도 2를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 정형외과 수술을 위한 수술 시스템(200)이 도시되어 있다. 일반적으로, 수술 시스템(200)은 예를 들어 관절 관련 수술을 용이하게 하기 위해 수술 계획의 계획 및 실행을 용이하게 하도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수술 시스템(200)은 테이블(205)에 앉거나 누워 있는 환자(204)의 다리(202)를 치료하도록 설정된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다리(202)는 대퇴골(206)(예를 들어, 도 1의 대퇴골(101)) 및 경골(208)을 포함하며, 이들 사이에 인공 무릎 임플란트가 전체 무릎 관절경 수술에서 이식된다. 다른 시나리오에서, 수술 시스템(200)은 환자의 고관절, 즉 환자의 대퇴골 및 골반을 치료하도록 설정된다. 추가로, 또 다른 시나리오에서, 수술 시스템(200)은 환자의 어깨를 치료하도록, 즉 어깨 관절의 구성요소의 교체 및/또는 증대를 용이하게 하기 위해(예를 들어, 상완골 구성요소, 견갑골 구성요소의 배치를 용이하게 하고 이식편 또는 임플란트 보강부) 설정된다. 다양한 다른 해부학적 영역과 수술도 또한 가능하다. 수술을 용이하게 하기 위해, 수술 시스템(200)은 로봇 디바이스(220), 추적 시스템(222), 및 컴퓨팅 시스템(224)을 포함한다. Referring now to FIG. 2 , shown is a
로봇 디바이스(220)는 컴퓨팅 시스템(224)의 제어 하에 환자의 해부학적 구조(예를 들어, 환자(204)의 대퇴골(206))를 변경하도록 구성된다. 로봇 디바이스(220)의 일 실시예는 햅틱 디바이스이다. "햅틱"은 촉각을 의미하고 햅틱 분야는 무엇보다도 작업자에게 피드백을 제공하는 인간 상호 작용 디바이스와 관련된다. 피드백은 예를 들어 진동과 같은 촉각 감각을 포함할 수 있다. 피드백은 또한 양의 힘 또는 이동에 대한 저항과 같은 힘을 사용자에게 제공하는 것을 포함할 수 있다. 햅틱의 한 가지 용도는 그 디바이스의 조작에 대한 안내 또는 제한을 디바이스 사용자에게 제공하는 것이다. 예를 들어, 햅틱 디바이스는 수술 절차를 수행하기 위해 외과의에 의해 조작될 수 있는 수술 도구에 결합될 수 있다. 수술 도구의 외과의사의 조작은 수술 도구의 조작 동안 외과의사에게 피드백을 제공하기 위해 햅틱의 사용을 통해 안내되거나 제한될 수 있다. The
로봇 디바이스(220)의 다른 실시예는 자율 또는 반자율 로봇이다. "자율"은 그 상황에 대한 정보를 수집하고, 행동 방침을 결정하고, 그 행동 방침을 자동으로 수행하는 것에 의해 인간의 제어로부터 독립적으로 또는 반독립적으로 행동하는 로봇 디바이스의 능력에 관한 것이다. 예를 들어, 이러한 실시예에서, 추적 시스템(222) 및 컴퓨팅 시스템(224)과 통신하는 로봇 디바이스(220)는 인간의 직접적인 개입없이 전술된 일련의 대퇴부 절단을 자율적으로 완료할 수 있다. Another embodiment of the
로봇 디바이스(220)는 베이스(230), 로봇 팔(232), 및 수술 도구(234)를 포함하고, 컴퓨팅 시스템(224) 및 추적 시스템(222)에 통신 가능하게 결합된다. 베이스(230)는 로봇 팔(232)을 위한 이동 가능한 토대를 제공하고, 로봇 팔(232) 및 수술 도구(234)가 환자(204) 및 테이블(205)에 대해 필요에 따라 재위치되는 것을 가능하게 한다. 베이스(230)는 또한 다음에 설명되는 로봇 팔(232) 및 수술 도구(234)의 기능에 필요한 전력 시스템, 컴퓨팅 요소, 모터, 및 다른 전자 또는 기계 시스템을 포함할 수 있다.The
로봇 팔(232)은 수술 도구(234)를 지지하고, 컴퓨팅 시스템(224)에 의해 지시된 바와 같은 힘을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 로봇 팔(232)은 사용자가 수술 도구를 조작하는 것을 가능하게 하고, 사용자에게 힘 피드백을 제공한다. 이러한 실시예에서, 로봇 팔(232)은, 허용 가능한 자세를 통해 모터, 액추에이터, 또는 사용자가 로봇 팔(232) 및 수술 도구(234)를 자유롭게 병진시키고 회전시키는 것을 가능하게 하는 동시에, 컴퓨팅 시스템(224)에 의해 지시된 바와 같이 로봇 팔(232) 및 수술 도구(234)의 일부 이동을 제한하거나 방지하기 위해 힘 피드백을 제공하도록 구성된 다른 메커니즘을 포함하는 관절(236) 및 마운트(238)를 포함한다. 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 이에 의해, 로봇 팔(232)은 외과 의사가 제어 대상 내에서 수술 도구(234)를 완전히 제어하는 동시에 그 대상의 경계를 따라서 힘 피드백(예를 들어, 경계의 침투를 방지하거나 저항하는 진동, 힘)을 제공하는 것을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 로봇 팔은 필요에 따라 로봇 팔을 위치시키고 및/또는 예를 들어 대퇴골(206)에서의 절단을 포함하는 특정 수술 작업을 완료하기 위해 컴퓨팅 시스템(224)에 의해 지시된 바와 같이 직접적인 사용자 조작없이 자동으로 새로운 자세로 수술 도구를 움직이도록 구성된다.The
수술 도구(234)는 뼈를 절단, 버, 그선딩, 드릴링, 부분적으로 절제, 재성형 및/또는 달리 변형하거나 또는 뼈를 절단, 버, 그선딩, 드릴링, 부분적으로 절제, 재성형 및/또는 달리 변형하기 위해 사용된 장치의 이동을 제한/제한하도록 구성된다. 수술 도구(234)는 임의의 적절한 도구일 수 있고, 로봇 디바이스(220)에 상호 교환 가능하게 연결 가능한 다수의 도구 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 수술 도구(234)는 구형 절삭 도구(spherical burr)(244)를 포함한다. 다른 예에서, 수술 도구는 또한 예를 들어 도구 축과 평행하거나 또는 도구 축에 직각으로 정렬된 블레이드를 갖는 정형외과 톱(sagittal saw)을 포함할 수 있다. 수술 도구는 또한 예를 들어 도구 축과 평행하거나 도구 축에 수직으로 정렬된 회전 비트를 갖는 드릴일 수 있다. 수술 도구(234)는 다양한 실시예에서 지그, 드릴 가이드, 절단 가이드 등일 수 있으며, 예를 들어 이를 통해 삽입되는 톱, 드릴, 또는 다른 기구를 갖도록 구성된다. 수술 도구(234)는 또한 임플란트 구성요소가 뼈에 나사로 고정되고, 뼈 또는 다른 임플란트 구성요소에 부착(예를 들어, 접합)되거나 또는 이와는 달리 선호되는 위치에 설치되는 동안 임플란트 구성요소(예를 들어, 컵(28a), 임플란트 보강부 등)를 제자리에 유지하도록 구성된 홀딩 암 또는 다른 지지부일 수 있다. 일부 실시예에서, 수술 도구(234)는 계획된 위치 및 배향에서 골반에 대한 컵 임플란트의 고정을 용이하게 하기 위해 컵 임플란트에 충격력을 제공하도록 구성된 충격 도구이다.
추적 시스템(222)은 환자의 해부학적 구조(예를 들어, 대퇴골(206) 및 경골(208)) 및 로봇 디바이스(220)(즉, 수술 도구(234 및/또는 로봇 팔(232))를 추적하여, 로봇 팔(232)에 결합된 수술 도구(234)의 제어를 가능하게 하고, 수술 도구(234)에 의해 형성된 변형의 위치 및 배향 또는 다른 결과를 결정하고, 사용자가 뼈(예를 들어, 다양한 수술에 적용할 수 있는 대퇴골(206), 경골(208), 골반, 상완골, 견갑골 등), 수술 도구(234), 및/또는 로봇 팔(232)을 컴퓨팅 시스템(224)의 디스플레이에 시각화할 수 있도록 구성된다. 더욱 구체적으로, 추적 시스템(222)은 기준 좌표 프레임에 대한 대상(예를 들어, 수술 도구(234), 대퇴골(206)))의 위치 및 배향(즉, 자세)를 결정하고, 수술 절차 동안 대상의 자세를 추적한다(즉, 지속적으로 결정한다). 다양한 실시예들에 따르면, 추적 시스템(222)은 비기계식 추적 시스템(예를 들어, 광학 추적 시스템), 기계식 추적 시스템(예를 들어, 로봇 팔(232)의 관절(236)의 상대 각도를 측정하는 것에 기초한 추적), 또는 비기계식 및 기계식 추적 시스템의 임의의 조합을 포함하는 임의의 유형의 내비게이션 시스템일 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 추적 시스템(222)은 광학 추적 시스템을 포함한다. 따라서, 추적 시스템(222)은 경골(208)에 결합된 제1 기점 트리(fiducial tree)(240), 대퇴골(206)에 결합된 제2 기점 트리(241), 베이스(230)에 결합된 제3 기점 트리(242), 수술 도구(234)에 결합된 하나 이상의 기준, 및 기점(즉, 기점 트리(240 내지 242) 상의 마커)의 3차원 위치를 검출하도록 구성된 검출 디바이스(246)를 포함한다. 기점 트리(240, 241)는 다양한 수술(예를 들어, 고관절 인공관절 수술에서 골반 및 대퇴골)에 적합한 다른 뼈에 결합될 수 있다. 검출 디바이스(246)는 카메라 또는 적외선 센서와 같은 광학 검출기일 수 있다. 기점 트리(240 내지 242)는 기점들이고, 기점들은 광학 검출기에 명확하게 나타나도록 구성된 마커이고 및/또는 광학 검출기로부터의 데이터를 사용하는 이미지 처리 시스템에 의해, 예를 들어 적외선 방사(예를 들어, 추적 시스템(222)의 요소에 의해 방출된)의 높은 반사율에 의해 용이하게 검출 가능하다. 검출 디바이스(246) 상에서의 카메라의 입체적 배열은 삼각 측량 접근법을 통해 3D 공간에서 각각의 기점의 위치가 결정되는 것을 가능하게 한다. 각각의 기점은 대응하는 대상에 대한 기하학적 관계를 가져서, 기점의 추적은 대상의 추적을 허용하며(예를 들어, 제2 기점 트리(241)를 추적하는 것은 추적 시스템(222)이 대퇴골(206)을 추적하는 것을 가능하게 하며), 추적 시스템(222)은 이러한 기하학적 관계를 결정하거나 검증하기 위해 등록 프로세스(registration process)를 수행하도록 구성될 수 있다. 기점 트리(240 내지 242)에서의 기점의 고유한 배열(즉, 제1 기점 트리(240)에서의 기점은 제2 기점 트리(241)에서의 기점과 다른 기하학적 구조로 배열된다)은 기점 트리들, 그러므로 추적되는 대상들을 서로로부터 구별하는 것을 허용한다.In the embodiment shown in FIG. 2 , the
도 2의 추적 시스템(222) 또는 수술 내비게이션 및 추적에 대한 일부 다른 접근법을 사용하여, 수술 시스템(200)은 수술 도구(234)가 해부학적 특징부를 변경하거나 또는 그렇지 않으면 수술 절차를 용이하게 함에 따라 환자의 해부학적 특징부, 예를 들어 대퇴골(206)에 대한 수술 도구(234)의 위치를 결정할 수 있다. 또한, 도 2의 추적 시스템(222) 또는 수술 내비게이션 및 추적에 대한 접근법을 사용하여 수술 시스템(200)은 추적된 뼈의 상대적 자세를 결정할 수 있다. Using the
컴퓨팅 시스템(224)은 수술 계획을 생성하고, 수술 계획에 따라 로봇 디바이스(220)를 제어하여 하나 이상의 뼈 변경을 수행하고 및/또는 하나 이상의 보철 구성요소의 이식을 용이하게 하도록 구성된다. 따라서, 컴퓨팅 시스템(224)은 로봇 디바이스(220), 추적 시스템(222) 및 컴퓨팅 시스템(224) 사이의 전자 통신을 용이하게 하기 위해 추적 시스템(222) 및 로봇 디바이스(220)에 통신 가능하게 결합된다. 또한, 컴퓨팅 시스템(224)은 환자의 병력 또는 다른 환자 프로필 정보, 의료 영상, 수술 계획, 수술 절차와 관련된 정보를 수신하고, 예를 들어 전자 건강 기록 시스템에 액세스하는 것에 의해 수술 절차의 수행과 관련된 다양한 기능을 수행하기 위하여 네트워크에 연결될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(224)은 처리 회로(260) 및 입력/출력 디바이스(262)를 포함한다.
입력/출력 디바이스(262)는 본 명세서에서 설명된 기능 및 프로세스를 위해 필요에 따라 사용자 입력을 수신하고 출력을 표시하도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 입력/출력 디바이스(262)는 디스플레이(264) 및 키보드(266)를 포함한다. 디스플레이(264)는 예를 들어 수술 계획, 의료 영상, 수술 시스템(200)에 대한 설정 및 다른 옵션, 추적 시스템(222) 및 로봇 디바이스(220)와 관련된 상태 정보, 및 추적 시스템(222)에 의해 제공된 데이터에 기초한 시각화 추적에 대한 정보를 포함하는, 처리 회로(260)에 의해 생성된 그래픽 사용자 인터페이스를 표시하도록 구성된다. 키보드(266)는 수술 시스템(200)의 하나 이상의 기능을 제어하기 위해 이들 그래픽 사용자 인터페이스에 대한 사용자 입력을 수신하도록 구성된다.Input/
처리 회로(260)는 프로세서 및 메모리 디바이스를 포함한다. 프로세서는 범용 프로세서, 특정 응용 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC), 하나 이상의 영역 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 처리 구성요소의 그룹, 또는 다른 적절한 전자 처리 구성요소로서 구현될 수 있다. 메모리 디바이스(예를 들어, 메모리, 메모리 유닛, 저장 디바이스 등)는 본 명세서에 설명된 다양한 프로세스 및 기능을 완료하거나 용이하게 하기 위한 데이터 및/또는 컴퓨터 코드를 저장하기 위한 하나 이상의 디바이스(예를 들어, RAM, ROM, 플래시 메모리, 하드 디스크 저장 디바이스 등)이다. 메모리 디바이스는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리 디바이스는 데이터베이스 구성요소, 대상 코드 구성요소, 스크립트 구성요소, 또는 본 명세서에서 설명된 다양한 활동 및 정보 구조를 지원하기 위한 임의의 다른 유형의 정보 구조를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 메모리 디바이스는 처리 회로(260)를 통해 프로세서에 통신 가능하게 연결되고, 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 프로세스를 실행하기 위한(예를 들어, 처리 회로(260) 및/또는 프로세서에 의해) 컴퓨터 코드를 포함한다.
보다 구체적으로, 처리 회로(260)는 수술 절차 이전에 수술전 수술 계획의 생성을 용이하게 하도록 구성된다. 일부 실시예에 따르면, 수술전 수술 계획은 본 명세서에서 "가상의 뼈 모델"로서 또한 지칭되는 환자 해부학적 구조의 3차원 표현을 이용하도록 개발된다. "가상의 뼈 모델"은 뼈외에 연골 또는 다른 조직의 가상의 표현을 포함할 수 있다. 가상의 뼈 모델을 획득하기 위해, 처리 회로(260)는 수술 절차가 수행될 환자의 해부학적 구조의 영상 데이터를 수신한다. 영상 데이터는 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI) 및/또는 초음파를 포함하는 관련 해부학적 특징부를 영상화하기 위해 임의의 적절한 의료 영상 기술을 사용하여 생성될 수 있다. 이어서, 영상 데이터는 가상의 뼈 모델을 획득하기 위해 분할된다(즉, 다른 해부학적 특징부에 대응하는 영상에서의 영역이 구별된다). 예를 들어, 관절의 MRI 기반 스캔 데이터는 주변 인대, 연골, 이전에 이식된 보철 구성요소 및 다른 조직과 뼈를 구분하여 이미지화된 뼈의 3차원 모델을 얻을 수 있도록 분할할 수 있습니다. More specifically,
대안적으로, 가상의 뼈 모델은 뼈 모델의 데이터 베이스 또는 라이브러리로부터 3차원 모델을 선택하는 것에 의해 획득될 수 있다. 일 실시예에서, 사용자는 적절한 모델을 선택하기 위해 입력/출력 디바이스(262)를 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 처리 회로(260)는 환자에 관해 제공된 이미지 또는 다른 정보에 기초하여 적절한 모델을 선택하기 위해 저장된 명령을 실행할 수 있다. 이어서, 데이터 베이스로부터 선택된 뼈 모델(들)은 특정 환자 특성에 기초하여 변형되어, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 수술 계획 및 구현에서 사용하기 위한 가상의 뼈 모델을 생성할 수 있다.Alternatively, the virtual bone model may be obtained by selecting a three-dimensional model from a database or library of bone models. In one embodiment, the user may use the input/
이어서, 수술전 수술 계획은 가상의 뼈 모델에 기초하여 생성될 수 있다. 수술 계획은 처리 회로(260), 입력/출력 디바이스(262)를 통해 사용자에 의한 입력, 또는 둘의 일부 조합에 의해 자동으로 생성될 수 있다(예를 들어, 처리 회로(260)는 사용자 생성 계획의 일부 특징부를 제한하고, 사용자가 변경할 수 있는 계획을 생성한다). 일부 실시예에서, 수술 계획은 수술 중에 수집된 신연력 측정에 기초하여 생성 및/또는 변경될 수 있다. Then, a pre-operative surgical plan may be generated based on the virtual bone model. The surgical plan may be automatically generated by processing
수술 전 수술 계획은 원하는 절단, 홀, 표면, 버, 또는 수술 시스템(200)을 사용하여 이루어질 환자의 해부학적 구조에 대한 다른 변경을 포함한다. 예를 들어, 전체 무릎 관절경 수술의 경우, 수술 전 계획은 수술 절차 동안에 대퇴골에 결합되는 보철물의 대응 표면에 정합되도록 적합한 상대 배향 및 위치에 대한 원위 표면, 후방 챔퍼 표면, 후방 표면, 전방 표면 및 전방 챔퍼 표면을 대퇴골에 형성하기 위해 필요한 절단뿐만 아니라 수술 중 경골에 결합될 보철물에 정합하기에 적합한 표면(들)을 경골에 형성하기 위해 필요한 절단을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 수술전 계획은 뼈 내에 홀(예를 들어, 파일럿 홀(120))을 형성하기 위하여 필요한 변경을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 고관절 인공관절 수술에서 수술 계획은 컵을 수용하기 위해 골반의 비구 영역에 하나 이상의 표면을 형성하는 데 필요한 버 및 적절한 경우에 임플란트 보강부를 포함할 수 있다. 따라서, 처리 회로(260)는 수술 계획의 생성을 용이하게 하기 위해 보철물의 모델을 수신, 액세스 및/또는 저장할 수 있다.Preoperative surgical planning includes desired cuts, holes, surfaces, burs, or other changes to the patient's anatomy to be made using the
처리 회로(260)는 수술 계획에 따라서 로봇 디바이스(220)에 대한 제어 대상을 생성하도록 추가로 구성된다. 본 명세서에 기술된 일부 실시예에서, 제어 대상은 가능한 로봇 디바이스의 다양한 유형(예를 들어, 햅틱, 자율 등)에 따라서 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어 대상은 제어 대상 내에서 움직이도록(즉, 추적 시스템(222)으로부터의 피드백에 의해 안내되는 수술 계획 중 하나 이상의 절단을 자율적으로 만들기 위해) 로봇 디바이스를 제어하기 위한 로봇 디바이스에 대한 명령을 정의한다. 일부 실시예에서, 제어 대상은 수술 내비게이션을 용이하게 하고 외과 의사가 수술 계획을 따르도록 안내하는 것(예를 들어, 로봇 디바이스의 능동 제어 또는 힘 피드백 없이)을 돕기 위해 디스플레이(264) 상에서의 수술 계획 및 로봇 디바이스의 시각화를 포함한다. 로봇 디바이스(220)가 햅틱 디바이스인 실시예에서, 제어 대상은 다음의 단락에서 설명되는 바와 같이 햅틱 대상(haptic object)일 수 있다.The
로봇 디바이스(220)가 햅틱 디바이스인 실시예에서, 처리 회로(260)는 수술 절차 동안 수술 도구(234)의 제한을 가능하게 하는 것에 의해 수술 계획의 구현 동안 외과 의사를 지원하기 위해, 수술전 수술 계획에 기초하여 하나 이상의 햅틱 대상을 생성하도록 추가로 구성된다. 햅틱 대상은 1차원, 2차원 또는 3차원으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 햅틱 대상은 선, 평면 또는 3차원 체적일 수 있다. 햅틱 대상은 곡선 표면으로 곡선화될 수 있고 및/또는 평평한 표면을 가질 수 있으며, 임의의 형상, 예를 들어 깔때기 형상일 수 있다. 햅틱 대상은 수술 절차 동안 수술 도구(234)의 이동을 위한 다양한 원하는 결과를 나타내기 위해 생성될 수 있다. 3차원 햅틱 대상의 경계 중 하나 이상은 뼈의 표면에 생성되는 절단과 같은 하나 이상의 변경을 나타낼 수 있다. 평면형 햅틱 대상은 뼈의 표면에 생성되는 절단과 같은 변경을 나타낼 수 있다. 곡선형 햅틱 대상은 컵 임플란트 및/또는 임플란트 보강부를 수용하도록 변경되는 바와 같이 골의 결과적인 표면을 나타낼 수 있다. 라인 햅틱 대상은 뼈가 나사 또는 다른 돌출부를 수용하도록 준비하기 위해 뼈에 만들어지는 파일럿 홀에 대응할 수 있다. In an embodiment where the
로봇 디바이스(220)가 햅틱 디바이스인 실시예에서, 처리 회로(260)는 수술 도구(234)의 가상의 도구 표현을 생성하도록 추가로 구성된다. 가상의 도구는 하나 이상의 햅틱 상호 작용 지점(HIP)을 포함하며, 이는 물리적 수술 도구(234) 상의 위치를 나타내고 이와 관련된다. 수술 도구(234)가 구형 버(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이)인 실시예에서, HIP는 구형 버의 중심을 나타낼 수 있다. 하나의 HIP가 수술 도구를 가상으로 나타내기 위해 사용되는 경우, HIP는 도구 중심 지점(TCP)로 본원에서 지칭될 수 있다. 수술 도구(234)가 예를 들어 정형외과 톱과 같이 불규칙한 형상이면, 정형외과 톱의 가상의 표현은 수많은 HIP를 포함할 수 있다. 수술 도구에 햅틱 힘(예를 들어, 이동에 대한 양의 힘 피드백 또는 저항)을 생성하기 위해 다수의 HIP를 사용하는 것은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 "System and Method for Providing Substantially Stable Haptics"이라는 명칭으로 2011년 12월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/339,369호에 기술되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 정형외과 톱을 나타내는 가상의 도구는 11개의 HIP를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "HIP"에 대한 언급은 "하나 이상의 HIP"에 대한 언급을 또한 포함하는 것으로 간주된다. 다음에 설명되는 바와 같이, HIP와 햅틱 대상 사이의 관계는 수술 시스템(200)이 수술 도구(234)를 제한하는 것을 가능하게 한다.In embodiments where
수술 절차를 수행하기 전에, 환자의 해부학적 구조(예를 들어, 대퇴골(206))는 임의의 공지된 등록 기술에 의해 환자의 해부학적 구조의 가상의 뼈 모델에 등록될 수 있다. 한 가지 가능한 등록 기술은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 "Haptic Guidance System and Method"이라는 명칭으로 2011년 8월 30일자로 등록된 미국 특허 제8,010,180호에 기술된 바와 같이 지점 기반 등록이다. 대안적으로, 등록은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 "Radiographic Imaging Device"이라는 명칭으로 2012년 7월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/562,163호에 기술된 바와 같은 핸드 헬드 방사선 영상 디바이스를 이용하는 2D/3D 등록에 의해 수행될 수 있다. 등록은 또한 수술 도구(234)의 가상의 도구 표현에 대한 수술 도구(234)의 등록을 포함하여서, 수술 시스템(200)은 환자에 대한(즉, 대퇴골(206)에 대한) 수술 도구(234)의 자세를 결정하고 모니터링할 수 있다. 등록은 수술 절차 동안 정확한 내비게이션, 제어 및/또는 힘 피드백을 가능하게 한다. 일부 실시예에서 고관절 인공관절 수술 등록과 관련된 추가 세부사항은 아래에 자세히 설명되어 있다. Prior to performing a surgical procedure, the patient's anatomy (eg, femur 206 ) may be registered with a virtual bone model of the patient's anatomy by any known registration technique. One possible registration technique is point-based registration as described in U.S. Patent No. 8,010,180, issued August 30, 2011, entitled "Haptic Guidance System and Method," which is incorporated herein by reference in its entirety. to be. Alternatively, registration may be made for a hand held as described in U.S. Patent Application Serial No. 13/562,163, filed July 30, 2012, entitled “Radiographic Imaging Device,” which is incorporated herein by reference in its entirety. It may be performed by 2D/3D registration using a radiographic imaging device. The registration also includes registration of the
처리 회로(260)는 환자의 뼈(예를 들어 대퇴골(206)), 수술 도구(234), 및 로봇 디바이스(220)에 의해 생성된 힘에 의해 정의되는 하나 이상의 선, 평면 또는 3차원 공간의 실세계 위치에 대응하는 가상의 도구 표현, 가상의 뼈 모델, 및 제어 대상(예를 들어, 가상의 햅틱 대상)의 가상의 위치를 모니터링하도록 구성된다. 예를 들어, 환자의 해부학적 구조가 추적 시스템(222)에 의해 추적되는 바와 같이 수술 절차 동안 움직이면, 처리 회로(260)는 대응하여 가상의 뼈 모델을 움직인다. 그러므로, 가상의 뼈 모델은 환자의 실제(즉, 물리적) 해부학적 구조와 실제/물리적 공간에서 해당 해부학적 구조의 위치 및 배향에 대응하거나 관련된다. 유사하게, 또한 그 해부학적 구조에 대해 만들어질 절단, 변경 등에 관계된, 수술 계획 동안 생성된 로봇 디바이스의 임의의 햅틱 대상, 제어 대상 또는 다른 계획된 자동화된 운동은 환자의 해부학적 구조에 대응하여 움직인다. 일부 실시예에서, 수술 시스템(200)은 대퇴골(206)의 운동을 추적하고 처리할 필요성을 최소화하기 위해 대퇴골(206)을 실질적으로 고정하는 클램프 또는 브레이스를 포함한다.
로봇 디바이스(220)가 햅틱 디바이스인 실시예의 경우, 수술 시스템(200)은 HIP와 햅틱 대상 사이의 관계에 기초하여 수술 도구(234)를 제한하도록 구성된다. 즉, HIP를 햅틱 대상과 가상 접촉시키기 위해 사용자가 수술 도구(234)를 조작하는 것을 검출하기 위해 처리 회로(260)가 추적 시스템(222)에 의해 공급된 데이터를 사용할 때, 처리 회로(260)는 수술 도구(234)의 이동에 대한 제한을 전달하도록 사용자에게 햅틱 피드백(예를 들어, 힘, 진동)을 제공하기 위해 로봇 팔(232)에 대한 제어 신호를 생성한다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 "제한"은 이동을 제한하는 경향을 설명하는데 사용된다. 그러나, 수술 도구(234)에 부과되는 제한의 형태는 관련 햅틱 대상의 형태에 의존한다. 햅틱 대상은 임의의 바람직한 형상 또는 구성으로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 3개의 예시적인 실시예는 선, 평면 또는 3차원 체적을 포함한다. 일 실시예에서, 수술 도구(234)는 수술 도구(234)의 HIP가 선형 햅틱 대상을 따르는 이동으로 제한되기 때문에 제한된다. 다른 실시예에서, 햅틱 대상은 3차원 체적이고, 수술 도구(234)는 3차원 햅틱 대상의 벽들로 둘러싸인 체적의 외부에서 HIP의 이동을 실질적으로 방지하는 것에 의해 제한될 수 있다. 다른 실시예에서, 수술 도구(234)는 평면형 햅틱 대상이 평면형 햅틱 대상의 평면의 외부 및 경계의 외부에서 HIP의 이동을 실질적으로 방지하기 때문에 제한된다. 예를 들어, 처리 회로(260)는 계획된 원위 절단을 수행하는데 필요한 평면으로 수술 도구(234)를 실질적으로 국한시키기 위해 대퇴골(206) 상에 원위 표면을 생성하기 위해 필요한 계획된 평면 원위 절단에 대응하는 평면형 햅틱 대상을 확립할 수 있다.For embodiments in which the
로봇 디바이스(220)가 자율 디바이스인 실시예를 위해, 수술 시스템(200)은 제어 대상에 따라서 수술 도구(234)를 자율적으로 움직이고 작동시키도록 구성된다. 예를 들어, 제어 대상은 절단이 만들어져야 하는 대퇴골(206)에 관련된 영역을 정의할 수 있다. 이러한 경우에, 로봇 팔(232) 및 수술 도구(234)의 하나 이상의 모터, 액추에이터 및/또는 다른 메커니즘은 예를 들어, 폐쇄 루프 제어를 허용하기 위해 추적 시스템(222)으로부터의 추적 데이터를 사용하여, 계획된 절단을 만들기 위해 수술 도구(234)를 제어 대상 내에서 필요에 따라 움직이고 작동시키도록 제어 가능하다.For embodiments in which the
이제 도 3을 언급하면, 도 2의 수술 시스템(200)에 의해 실행될 수 있는 프로세스(300)의 흐름도가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 프로세스(300)는 전체 및 부분 관절 교체 수술을 포함하는 다양한 수술 절차를 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 프로세스(300)는 도 4 내지 도 13에 도시된 다양한 단계 및 특징부를 사용하여 실행될 수 있고 이의 조합을 포함하여 하기에서 상세히 설명된다. Referring now to FIG. 3 , a flowchart of a
단계(302)에서, 수술 계획이 획득된다. 수술 계획(예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 데이터 파일)은 예를 들어 환자의 해부학적 구조에 대한 보철 구성요소의 원하는 위치를 기반으로 정의된 뼈 변경의 원하는 결과를 정의할 수 있다. 예를 들어, 무릎 인공관절 수술의 경우, 수술 계획은 도 1에 도시된 바와 같이 평면 표면(102-110) 및 파일럿 홀(120)의 계획된 위치 및 방향을 제공할 수 있다. 수술 계획은 의료 영상, 3D 모델링, 의사 입력 등을 기반으로 생성될 수 있다. At
단계(304)에서, 햅틱 대상과 같은 하나 이상의 제어 경계가 수술 계획에 기초하여 정의된다. 하나 이상의 햅틱 대상은 1차원(예를 들어, 라인 햅틱), 2차원(즉, 평면), 또는 3차원(예를 들어, 원통형, 깔때기형, 곡선형 등)일 수 있다. 햅틱 대상은 수술 계획에 의해 정의된 계획된 뼈 변경(예를 들어, 도 1에 도시된 각 평면 표면(102-110) 및 파일럿 홀(120) 각각에 대한 햅틱 대상), 임플란트 구성요소, 수술 접근 궤적 등을 나타낼 수 있다. 햅틱 대상은 추적된 환자의 해부학적 구조의 위치를 기준으로 3차원 공간에서 배향되고 배치될 수 있다. In
단계(306)에서, 예를 들어 위에서 설명된 추적 시스템(222)에 의해 햅틱 대상(들)에 대해 수술 도구의 자세가 추적된다. 일부 실시예에서, 수술 도구 상의 한 지점이 추적된다. 다른 실시예에서(예를 들어, 도 4-5의 예에서) 수술 도구 상의 2개의 지점, 예를 들어 수술 도구의 팁/유효 단부에서의 도구 중심 점(TCP) 및 수술 도구의 몸체 또는 핸들 부분을 따라 배열된 제2 상호작용 지점(SIP)이 추적된다. 다른 실시예에서, 수술 도구 상의 3개 이상의 지점이 추적된다. 수술 도구의 자세는 하나 이상의 햅틱 대상이 정의되고 일부 실시예에서 환자의 하나 이상의 해부학적 특징부의 자세도 추적되는 좌표계에 대해 확인된다. At
단계(308)에서, 수술 도구는 햅틱 대상(들)으로 안내된다. 예를 들어, 수술 시스템(200)의 디스플레이(264)는 수술 도구를 햅틱 대상으로 가져오기 위해 수술 도구 및/또는 로봇 디바이스를 이동하는 방법(예를 들어, 어느 방향)에 대해 사용자에게 지시하는 그래픽 사용자 인터페이스를 표시할 수 있다. 다른 예로서, 수술 도구는 미국 특허 제9,289,264호에 설명된 바와 같이 붕괴 햅틱 경계를 사용하여 햅틱 대상으로 안내될 수 있으며, 그 전체 개시 내용은 여기에 참조로 포함된다. 다른 예로서, 로봇 디바이스는 수술 도구를 햅틱 대상으로 자동으로 이동시키도록 제어될 수 있다. 다른 예로서, 단계(308)는 이하에서 자세히 설명된 도 8의 프로세스(800)를 사용하여 실행될 수 있다.In step 308, the surgical tool is guided to the haptic object(s). For example, the
단계(310)에서, 로봇 디바이스는 수술 도구의 추적된 자세 및 하나 이상의 햅틱 대상의 자세에 기초하여 수술 도구의 이동을 제한하도록 제어된다. 수술 도구의 제한은 도 2을 참조하여 전술한 바와 같이 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(310)는 도 4-5에 도시되고 하기를 참조하여 기재된 2단계 접근법을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(310)는 예를 들어 도 9-10에 도시되고 하기를 참조하여 기재된 특정 구역을 통한 수술 도구의 이동에 저항하는 감쇠력을 제공하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(310)는 예를 들어 하기를 참조하여 기재된 도 11 내지 도 13의 예에 따라 사용자 입력에 응답하여 햅틱 상호작용을 조절하는 단계를 포함한다. 이러한 특징부들의 다양한 조합이 단계(310)에서 가능하다. At
단계(312)에서, 햅틱 대상(들)으로부터 수술 도구의 배출이 촉진되어, 즉 햅틱 대상의 제한을 해제한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 로봇 디바이스는 수술 도구가 햅틱 대상의 축을 따라 햅틱 대상을 빠져나가는 것을 허용하도록 제어된다. 일부 실시예에서, 예를 들어 도 6 내지 도 7에 도시되고 아래에서 참조하여 상세하게 설명되는 바와 같이, 수술 도구는 햅틱 대상에 대해 미리 결정된 방향으로 햅틱 대상을 빠져나가는 것이 허용될 수 있다. 이로써 수술 도구는 수술 절차의 후속 단계를 용이하게 하기 위해 수술 영역 및 햅틱 대상으로부터 제거될 수 있다. 또한, 일부 경우에, 프로세스(300)는 단계(312)에서 햅틱 대상을 빠져 나온 후에 수술 도구가 동일하거나 상이한 햅틱 대상으로 안내되는 단계(308)로 복귀할 수 있다는 것을 이해해야 한다. In
프로세스(300)는 수술 시스템(200)에 의해 실행되어 수술 절차를 용이하게 할 수 있다. 프로세스(300)의 특징부는 일부 실시예에 따라 하기 도 4-13에 도시되고, 이러한 특징부는 다양한 실시예에서 및/또는 특정 수술에 대해 선택된 설정에 기초하여 다양한 조합으로 조합될 수 있다. 또한, 도 4 내지 도 13의 특징부가 제공될 수 있는 동시에 프로세스(300)의 일부 또는 모든 단계가 생략되는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 모든 가능성은 본 개시의 범위 내에 있다.
이제 도 4-5를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 2단계 햅틱 상호작용이 도시되어 있다. 도 4는 2단계 햅틱 상호작용을 제공하기 위한 프로세스(400)의 흐름도를 도시하고, 도 5는 (즉, 프로세스(400)의) 2단계 햅틱 상호작용의 스토리보드 스타일 예시를 도시한다. 프로세스(400)는 예를 들어 프로세스(300)의 단계(310)에서 수술 시스템(200)에 의해 실행될 수 있다. Referring now to Figures 4-5, a two-step haptic interaction is illustrated in accordance with an exemplary embodiment. FIG. 4 shows a flow diagram of a
단계(402)에서, 도구 중심 지점(TCP)(500)은 도구 중심 지점(500)에 대한 수술 도구(234)의 회전 및 라인 햅틱(502)을 따른 TCP(500)의 병진운동을 허용하면서 라인 햅틱(502)으로 제한된다. 라인 햅틱(502)은 계획된 뼈 변형, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 계획된 파일럿 홀(120)에 대응할 수 있다. 라인 햅틱(502)은 계획된 파일럿 홀(120)의 축으로서 정의될 수 있고, 해부학적 특징부(예를 들어, 대퇴골(101))을 넘어 연장되는 계획된 파일럿 홀(120)의 바닥(가장 깊은 단부)으로부터 연장될 수 있다. 라인 햅틱(502)은 도 5의 예에서 직선이다. 다른 실시예에서, 라인 햅틱(502)은 만곡될 수 있으며, 예를 들어 스플라인으로 정의된다. 다른 실시예에서, 도 4의 프로세스(400)는 평면 햅틱 대상, 체적 햅틱 대상, 또는 라인 햅틱(502) 대신에 선, 평면, 및/또는 체적의 임의의 조합으로 정의되는 햅틱 대상을 사용하도록 적응될 수 있다. At
TCP(500)는 라인 햅틱(502)에 대해 추적되고, 로봇 디바이스는 TCP(500)를 제한하도록 제어되어 라인 햅틱 상에 또는 실질적으로 라인 햅틱(502) 상에 유지된다(예를 들어, 라인 햅틱(502)으로부터의 편차를 방지하거나 저항하도록 TCP(500)를 라인 햅틱(502)으로 다시 구동하는 스프링력 등). TCP(500)는 단계(402)에서 라인 햅틱(502)을 따라 병진운동될 수 있다. 로봇 디바이스는 (예를 들어, 어드미턴스 제어를 통해) 수술 도구(234)가 TCP(500)를 중심으로 (예를 들어, 사용자에 의해 조작될 때) 회전될 수 있도록 제어된다. 즉, 수술 도구(234)의 핸들 또는 몸체 부분을 따라 위치된 제2 상호작용 지점(SIP)(504)이 단계(402)에서 제한되지 않는다.
단계(402)에서 TCP(500)에 대한 수술 도구(234)의 회전은 외과의사가 바람직한 접근 궤적을 따라 라인 햅틱(502)에 도달하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일부 경우에, 주변의 연조직 및/또는 뼈 구조는 주변 조직 또는 뼈에 대한 바람직하지 못하거나 또는 불필요한 중단 없이(예를 들어, 이러한 조직 또는 뼈를 통해 홀을 형성할 필요 없이) 라인 햅틱(502)을 따라 뼈 표면으로 환자의 완전히 외측의 위치로부터 수술 도구(234)가 삽입되는 것을 어렵거나 불가능하게 만들 수 있다. 이러한 경우에, 수술 도구(234)는 TCP(500)가 라인 햅틱(502)에 도달하고 라인 햅틱(502)에 의해 제한될 때까지 선호되는 궤적을 따라 삽입될 수 있다. 단계(402)에서, 수술 도구(234)는 수술 도구의 샤프트 또는 몸체의 측면으로 해부학적 특징부를 가압함으로써 해부학적 특징부를 변위시키도록 회전될 수 있다. TCP(500)를 라인 햅틱(502)으로 제한함으로써, 외과의사는 TCP(500)의 위치를 모니터링하고 및/또는 원하는 축으로부터 이격되게 TCP(500)의 이동을 수동으로 방지하려는 시도의 부담 없이 단계(402)에서 원하는 대로 수술 도구(234)를 회전시키는 데 집중할 수 있다. 이에 따라 단계(402)는 다양한 해부학적 영역에서 수술 도구(234)의 삽입 및 배향을 용이하게 할 수 있다. Rotation of
단계(404)에서, TCP(500)가 라인 햅틱(502)을 따라 임계 위치에 도달했다는 결정이 (예를 들어, 처리 회로(260)에 의해) 이루어진다. 일부 경우에, 임계 위치는 수술 도구(234)가 뼈와 접촉하기 전에 임계 위치에 도달하도록 뼈(예를 들어, 대퇴골(101))의 표면으로부터 이격된 거리에 기초하여 정의된다. 이러한 경우에, 수술 도구(234)가 뼈를 변경하기 시작하기 전에 단계(406-408)가 아래에서 설명되는 바와 같이 실행될 수 있고, 이에 의해 뼈 변경의 시작 전에 수술 도구(234)의 원하는 배향을 보장할 수 있다. At step 404 , a determination is made (eg, by processing circuitry 260 ) that
다른 경우에, 임계 위치는 뼈의 표면 아래의 깊이에 기초하여 정의되어, 수술 도구(234)가 뼈와 접촉한 후에 임계 위치에 도달하도록 한다. 이러한 경우에, 수술 도구(234)는 예를 들어 스카이빙의 위험성을 감소시키고 또는 그렇지 않으면 뼈 내로 수술 도구(234)의 진입을 용이하게 하기 위해 단계(406-408)에 관해 후술된 바와 같이 라인 햅틱(502)과 정렬되도록 회전하기 전에 제1 배향으로 뼈를 변경을 시작하도록 허용할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 상부 프레임에 도시된 바와 같이(즉, 단계 402 동안) 수술 도구가 뼈의 표면에 대략 수직인 수술 도구(234)와 뼈(101) 사이에 초기 접촉이 이루어질 수 있으며, 이는 계획된 위치에서(즉, 라인 햅틱(502)와 뼈(101) 사이의 교차점) 뼈(101) 내로 깨끗한 초기 절단/보어/드릴/등의 달성 경향이 개선될 수 있다. 이러한 경우에, TCP(500)가 임계 위치에 도달했다는 결정은 그 뒤에 수술 도구(234)가 뼈(101)로 초기 침투한 후에 이루어질 수 있다(즉, TCP(500)가 뼈(101)의 표면을 횡단하도록). In other cases, the critical position is defined based on a depth below the surface of the bone, such that the critical position is reached after the
단계(406)에서, TCP(500)가 단계(404)에서 임계 위치에 도달했다는 결정에 응답하여, SIP(504)는 라인 햅틱(502)을 향해 안내된다. 일부 실시예에서, 로봇 디바이스는 라인 햅틱(502)을 향하여 SIP(504)를 이동시키기 위해 사용자가 TCP(500) 주위에서 수술 도구(234)를 회전시키는 것을 돕는 보조 힘을 제공하도록 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 라인 햅틱(502)을 향한 SIP(504)의 회전을 허용하면서 라인 햅틱(502)으로부터 멀어지는 SIP(504)의 회전을 방지하는 축소 햅틱 대상이 단계(406)에서 사용된다. 일부 실시예에서, SIP(504)를 라인 햅틱(502)으로 안내하는 것은 디스플레이(264)를 통해 명령을 표시함으로써 달성된다. 일부 실시예에서, 라인 햅틱(502)을 향해 SIP(504)를 안내하는 것은 SIP(504)를 라인 햅틱(502)과 정렬하기 위해 수술 도구(234)를 자동으로 회전시키도록 로봇 디바이스를 제어함으로써 달성된다. TCP(500)는 단계(406) 동안(즉, SIP(504)가 라인 햅틱(502)으로 안내되는 동안) 라인 햅틱(502)으로 제한된다(단계(402)에 대해 설명됨). 일부 경우에, 로봇 디바이스는 SIP(504)가 단계(406) 동안 라인 햅틱(502)으로 안내되는 동안 라인 햅틱(502)을 따라 TCP(500)의 병진운동을 방지하도록 제어된다. At
단계(408)에서, SIP(504)가 단계(406)의 결과로서 라인 햅틱(502)으로 안내된 후, 로봇 디바이스는 TCP(500) 및 SIP(504)를 라인 햅틱(502)으로 제한하도록 제어된다. (예를 들어, 파일럿 홀(120)을 생성하기 위해) 계획된 뼈 변경을 실행하기 위해 라인 햅틱(502)을 따라 수술 도구(234)가 병진운동할 수 있다. 도시된 예에서, SIP(504)는 수술 도구(234)의 축을 따라 위치된다. 따라서, 라인 햅틱(502)(즉, TCP(500) 및 SIP(504))에 대한 다른 수술 도구(234)의 두 지점을 제한함으로써 라인 햅틱(502)과 수술 도구(234)의 정렬이 유지된다. 다른 실시예에서, SIP(504)는 제2 햅틱(즉, 라인 햅틱(502)과 상이한 가상 햅틱 대상)으로 안내된다. 이러한 실시예에서, TCP(500) 및 SIP(504)는 상이한 햅틱 대상로 제한된다. 예를 들어, 수술 도구(234)가 만곡된 경우, SIP(504)는 곡선으로 제한될 수 있고 TCP(500)는 직선으로 제한될 수 있고(또는 그 반대로) 수술 도구(234)의 원하는 자유도 및 이동 제한이 달성된다.In
SIP(504) 및 TCP(500)에 대해 상이한 햅틱 대상을 사용함으로써 다른 기하학적 구조 및 거동이 또한 가능해질 수도 있다. 예를 들어, TCP(500)는 계획된 절단 또는 드릴 경로의 기하학적 구조에 대응하는 햅틱 대상에 제한될 수 있고 SIP(504)는 수술 영역에서 하나 이상의 대상과 수술 도구(234)의 샤프트(또는 로봇 팔 상의 다른 지점) 사이의 충돌을 방지하거나 저항하도록 구성된 상이한 햅틱 대상에 제한된다. 예를 들어, SIP(504)는 수술 영역(예를 들어, 추적된 견인기 위치)에서 견인기 또는 다른 도구의 위치에 기초한 기하학적 구조를 갖는 햅틱 대상으로 제한될 수 있다. 다른 예로서, SIP(504)는, 예를 들어 수술 도구(234)의 샤프트가 계획된 뼈 준비의 실행 동안에 연장되는 수술 포트 또는 다른 절개부 또는 개구의 형상에 대응하는 해부학적 특징부의 위치에 기초하여 기하학적 구조를 갖는 햅틱 대상으로 제한될 수 있다. 이에 따라 로봇 디바이스의 제어는 TCP(502)를 제1 햅틱 대상으로 제한하고 SIP를 계획된 골 준비에 따라 TCP(502)를 안내하기 위해 SIP(504)를 제2 햅틱 대상으로 제한하도록 구성되고 동시에 SIP(504)를 제한함으로써 도구 샤프트의 원치 않는 거동을 방지한다. 따라서 프로세스(400)는 신뢰할 수 있고 직관적인 방식으로 정확한 뼈 변형을 제공하기 위해 수술 시스템(200)에 의해 실행될 수 있다. Other geometries and behaviors may also be possible by using different haptic objects for
이제 도 6 내지 도 7을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 햅틱 대상으로부터 수술 도구의 배출을 용이하게 하기 위한 프로세스(600)가 도시되어 있다. 도 6은 프로세스(600)의 흐름도를 도시하고, 도 7은 도 6의 프로세스(600)와 함께 사용될 수 있는 햅틱 대상을 도시한다. 프로세스(600)는 예를 들어 프로세스(300)의 단계(312)에서 수술 시스템(200)에 의해 실행될 수 있다. 도 6-7의 예가 원통형 햅틱 대상을 고려하지만, 프로세스(600)는 다양한 기하학적 형상을 갖는 대상을 제어하도록 적응될 수 있다는 것을 이해해야 한다. Referring now to FIGS. 6-7 , shown is a
단계(602)에서, 로봇 디바이스는 원통형 햅틱 대상으로 수술 도구(234)를 제한하도록 제어된다. 도 7은 타겟 축(702)에 중심을 둔 원통형 햅틱 대상(700)의 예를 도시한다. 일부 실시예에서, 원통형 햅틱 대상(700)은 외과적 접근 궤적 및/또는 계획된 뼈 변형(예를 들어, 계획된 파일럿 홀(120))에 대응한다. 원통형 햅틱 대상(700)은 민감한 해부학적 영역을 실질적으로 넘어(그로부터 이격되어) 연장될 수 있다. 수술 도구(234)가 원통형 햅틱 대상(700)에 제한된 상태에서, 수술 도구(234)는 수술 영역에 대한 접근을 부분적으로 방해할 수 있다. 따라서, 외과의사의가 수술 절차의 다양한 단계를 용이하게 하기 위해 안전한 방향으로 원통형 햅틱 대상(700)의 외부로 수술 도구를 이동시키는 것이 바람직할 수 있다. At
단계(604)에서, 원통형 햅틱 대상의 경계에 대해 가해지는 수술 도구(234) 상의 힘이 검출된다. 힘은 예를 들어 로봇 팔(232)의 관절에 가해지는 렌치로서 로봇 디바이스(220)에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(234)와 연관된 HIP는 원통형 햅틱 대상(700)의 경계에 위치될 수 있는 한편 사용자가 경계에 대해 또는 경계 안으로 수술 도구(234)을 가압하는 힘을 수술 도구(234)에 힘을 가한다. At
단계(606)에서, 단계(604)에서 검출된 힘이 미리 결정된 배출 방향으로 배향되는지 여부에 대한 결정이 (예를 들어, 처리 회로(260)에 의해) 이루어진다. 미리 결정된 배출 방향은 수술 도구(234)가 햅틱 대상을 배출하도록 허용될 수 있는 안전하고 및/또는 편리한 방향으로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 배출 방향은 원통형 햅틱 대상(700)의 배출 영역(704) 및 배출 영역(704)에서 원통형 햅틱 대상(700)로부터 연장되는 벽(706)에 의해 정의된다. 이러한 예에서, 처리 회로(260)는, 힘이 원통형 햅틱 대상(700)의 경계에 대항하기 때문에 수술 도구(234)의 HIP가 배출 영역(704)에 있는 경우 힘이 미리 결정된 배출 방향으로 배향된다고 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 배출 영역(704)은 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 데드 존(708)으로 차단되는 햅틱 대상(700)의 길이의 일부에만 걸쳐 있다. 다른 예로서, 일부 실시예에서 처리 회로(260)는 사용자가 도구를 가압하는 방향을 향하는 방향 벡터를 결정할 수 있다. 이러한 경우, 방향 벡터가 미리 결정된 배출 방향의 임계 각도 내에 있는지 여부를 결정할 수 있다. 이 예에서, 방향 벡터가 미리 결정된 배출 방향의 임계 각도 내에 있다면, 힘은 미리 결정된 배출 방향으로 지향되는 것으로 간주된다(즉, 단계(606)에서 "예"). 결과적인 배출 경계는 깔때기 형상을 취할 수 있다. At
힘이 미리 결정된 배출 방향으로 배향되지 않은 경우, 프로세스(600)는 단계(602)로 돌아가고 수술 도구(234)는 원통형 햅틱 대상(700)로 제한된다. 즉, 로봇 디바이스(220)는 예를 들어, 수술 절차의 하나 이상의 단계를 용이하게 하기 위해 수술 도구가 원통형 햅틱 대상(700)에서 배출되는 것을 제한하도록 힘 피드백을 제공하게 제어된다. If the force is not directed in the predetermined ejection direction,
힘이 미리 결정된 배출 방향으로 배향되면(단계(606)에서 결정된 바와 같이), 힘이 힘의 임계량보다 큰지 여부에 관한 결정이 단계(608)에서 이루어진다(예를 들어, 처리 회로(260)에 의해). 일부 실시예에서, 수술 도구(234)에 가해진 힘의 양은 로봇 팔(232)의 관절에 의해 측정될 수 있다. 사용자는 힘의 임계량을 초과함으로써 햅틱 대상을 배출하려는 욕구를 나타낼 수 있는 반면, 힘의 임계량은 햅틱 대상으로부터 우발적이거나 또는 의도하지 않은 배출을 실질적으로 방지하기에 충분히 높게 설정될 수 있다. Once the force is oriented in a predetermined ejection direction (as determined in step 606 ), a determination is made in
힘이 힘의 임계량보다 작은 경우, 로봇 디바이스(220)는 수술 도구(234)가 햅틱 대상을 배출하는 것을 제한하도록 제어된다(예를 들어, 원통형 햅틱 대상(700)의 배출 영역(704)을 통과하는 것으로부터). 프로세스(600)는 단계(602)로 돌아가고 수술 도구(234)는 수술 절차의 단계를 실행할 때 수술 도구(234)의 사용을 용이하게 하기 위해 원통형 햅틱 대상(700)로 계속 제한된다. If the force is less than a threshold amount of force, the
힘이 단계(608)에서 힘의 임계량을 초과하는 것으로 결정되면, 단계(610)에서 수술 도구는 미리 결정된 배출 방향으로 햅틱 대상을 배출하는 것을 허용한다. 도 7의 예에서, 배출 영역(704)과 관련된 제약이 제거되어 수술 도구(234)가 배출 영역(704)을 통해 이동하여 원통형 햅틱 대상(700)이 배출되는 것이 허용된다. 벽(706)은 미리 결정된 방향으로 축(702)으로부터 이격되게 수술 도구(234)를 안내하기 위해 햅틱 경계로서 포함될 수 있다. 다시 말해서, 수술 도구(234)는 원통형 햅틱 대상(700)의 배출 영역(704)을 가로질러 가압되어 원통형 햅틱 대상을 미리 결정된 방향으로 배출할 수 있다. If the force is determined to exceed a threshold amount of force in
따라서, 수술 도구(234)는 햅틱 대상을 배출시키도록 허용되어, 로봇 디바이스는 수술 도구(234)를 햅틱 대상으로 제한하도록 더 이상 제어되지 않는다. 일부 경우에, 수술 도구(234)는 배출 영역(704)을 통해 및/또는 임의의 다른 햅틱 개시 절차를 사용하여(예를 들어, 도 8의 프로세스에 이어) 햅틱 대상으로 재삽입될 수 있다(즉, 햅틱 제약을 다시 시작하기 위해). 일부 경우에, 수술 도구(234)가 햅틱 대상을 배출할 때 햅틱 대상이 제거(삭제 등)된다. 일부 경우에, 햅틱 대상이 조절되거나 또는 새로운 햅틱 대상이 활성화되어 수술 절차의 후속 단계를 용이하게 한다. 프로세스(600)는 이에 따라 수술 절차를 용이하게 하기 위해 수술 절차에 의해 1회 이상 실행될 수 있다. Accordingly, the
이제 도 8을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 가상 제어 대상(예를 들어, 햅틱 대상)으로 수술 도구를 안내하기 위한 프로세스(800)를 예시하는 흐름도가 도시되어 있다. 프로세스(800)는 예를 들어 프로세스(300)의 단계(308)에서 수술 시스템(200)에 의해 실행될 수 있다. Referring now to FIG. 8 , there is shown a flow diagram illustrating a
단계(802)에서, 가상 제어 대상이 설정된다. 즉, 가상의 제어 대상이 생성되고 가상 제어 대상의 자세가 정의된다. 가상 제어 대상은 도 2를 참조하여 위에서 상세히 설명된 바와 같이 점 대상, 선 대상, 평면 대상, 또는 3차원 표면 또는 체적 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 경우에 가상 제어 대상은 햅틱 대상이다. 프로세스(800)는 다양한 형상을 갖는 다양한 가상 제어 대상과 함께 사용하도록 적응될 수 있다. In
단계(804)에서, 수술 도구(234)의 이동이 (예를 들어, 추적 시스템(222)에 의해) 추적된다. 예를 들어, 수술 도구(234)와 연관된 지점(예를 들어, 도구 중심 지점)의 위치는 시간에 따라 결정되고 업데이트될 수 있다. 지점의 위치는 가상 제어 대상에 대해, 즉 가상 제어 대상의 자세가 또한 정의되는 좌표계에서 정의될 수 있다. 수술 도구(234)는 사용자의 조작에 의해 이동될 수 있다. At
단계(806)에서, 수술 도구의 이동 방향이 (예를 들어, 처리 회로(260)에 의해) 결정된다. 예를 들어, 수술 도구(234)과 연관된 지점의 위치는 위치 데이터의 시계열을 획득하기 위해 시간에 따라 반복적으로 수집될 수 있다. 2개의 위치가 주어지면(예를 들어, 후속 시간 단계에 대해), 수술 도구(234)의 이동 방향을 특징으로 하는 벡터(예를 들어, 속도 벡터)가 정의될 수 있다. 일부 경우에, 이동 속도(예를 들어, 속도 벡터의 크기)는 사용된 위치 사이의 거리와 이들 데이터 지점 수집 사이의 경과 시간을 기반으로 결정된다. 일부 경우에, 프로세스(800)는 속도 벡터의 크기가 임계값을 초과하지 않는 한 단계(808)로 진행하지 않는다. At
단계(808)에서, 이동 방향이 가상 제어 대상을 향하는지 여부에 관한 결정이 (예를 들어, 처리 회로(260)에 의해) 이루어진다. 예를 들어, 단계(806)에서 결정된 속도 벡터는 수술 도구의 최근 추적된 위치로부터 이동 방향으로 (예를 들어, 무한히) 확장될 수 있다. 예를 들어, 확장된 속도 벡터가 가상 제어 대상과 교차하는 경우, 이동 방향이 가상 제어 대상을 향하는 것으로 결정될 수 있다. 확장된 속도 벡터가 가상 제어 대상과 교차하지 않는 경우, 이동 방향이 가상 제어 대상을 향하지 않는 것으로 결정될 수 있다. 다양한 다른 통계적 방법, 좌표 변환 등이 수술 도구의 이동 방향이 가상 제어 대상을 향하는지의 여부를 결정하기 위해 다양한 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 타겟 체적은 가상 제어 대상에서(예를 들어, 그 주변에서, 인접하여, 그로부터 연장되는) 정의되고, 이동 방향은 확장된 속도 벡터가 타겟 체적과 교차하는 경우 가상 제어 대상을 향하는 것으로 결정될 수 있다. 가상의 제어 대상이 선인 경우, 타겟 체적은 예를 들어 선을 중심으로 하는 원통으로 정의될 수 있다.At
이동 방향이 가상 제어 대상을 향하지 않는 경우, 프로세스(800)는 수술 도구(234)의 이동이 추적되는 단계(804)로 복귀한다. 단계(804-808)는 이동 방향이 가상 제어 대상을 향할 때까지 반복될 수 있다. If the direction of movement is not towards the virtual control object, the
이동 방향이 가상 제어 대상을 향하는 것으로 결정되면, 단계(810)에서 로봇 디바이스(220)는 수술 도구(234)를 가상 제어 대상으로 안내하는 힘을 제공하도록 제어된다. 예를 들어, 사용자가 가상 제어 대상을 향해 수술 도구(234)를 이동시키는 것을 보조하는 양의 보조 힘이 제공될 수 있다. 사용자에 의해 제공되는 외력 없이는 수술 도구(234)를 독립적으로 움직이기에는 양의 보조 힘이 불충분할 수 있다. 일부 경우에, 단계(810)에서 가해진 힘은 수술 도구가 (사용자 조작 없이) 가상 제어 대상으로 자동으로 이동하게 한다. 다른 예로서, 일부 실시예에서 힘은 수술 도구(234)가 가상 제어 대상으로부터 멀어지는 이동 및/또는 가상 제어 대상을 향한 이동 방향으로부터의 편차를 제한하는 햅틱 경계(예를 들어, 붕괴되는 햅틱 경계)로서 제공된다.If it is determined that the direction of movement is toward the virtual control object, in
이로써, 수술 시스템(200)은 가상 제어 대상을 향한 수술 도구의 사용자 개시 이동에 응답하여 사용자가 수술 도구를 가상 제어 대상으로 이동시키는 것을 용이하게 하기 위해 프로세스(800)를 실행할 수 있다. 예를 들어, 가상 제어 대상의 사용이 요구되기 전에 수술 도구(234), 로봇 팔(232), 해부학적 구조, 다른 수술 장비 등을 적절하게 위치시키기 위해 가상 제어 대상으로부터 멀어지는 수술 도구의 다양한 이동이 바람직할 수 있다. 프로세스(800)는 수술 도구가 가상 제어 대상을 향해(예를 들어, 가상 제어 대상이 위치한 수술 분야를 향해) 이동될 때까지 수술 도구가 자유롭게 이동될 수 있는 사용자 친화적이고 효율적인 워크플로우를 제공하고, 이 지점에서 시스템(200)은 가상 제어 대상에 대한 수술 도구의 안내를 자동으로 개시한다. As such,
이제 도 9 내지 도 10을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 감쇠 구역을 포함하는 햅틱 상호작용을 제공하기 위한 프로세스가 도시되어 있다. 도 9는 감쇠 구역을 포함하는 햅틱 상호작용을 제공하기 위한 프로세스(900)를 도시하는 반면, 도 10은 감쇠 구역을 포함하는 예시적인 햅틱 대상을 도시한다. 프로세스(900)는 예를 들어 프로세스(300)의 단계(310)에서 수술 시스템(200)에 의해 실행될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 원통형 햅틱 대상이 도시될지라도, 도 9-10의 특징부가 다양한 기하학적 구조의 가상 제어 대상과 함께 사용하도록 조절될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.Referring now to FIGS. 9-10 , illustrated is a process for providing a haptic interaction comprising an attenuation zone in accordance with an exemplary embodiment. 9 shows a
단계(902)에서, 감쇠 구역을 갖는 햅틱 대상이 설정된다(예를 들어, 처리 회로(260)에 의해 가상 공간에서 정의됨). 감쇠 구역은 햅틱 대상의 하위 부분 및/또는 햅틱 대상 내의 영역으로 정의될 수 있다. 감쇠 구역(1002)을 갖는 예시적인 햅틱 대상(1000)가 도 10에 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 햅틱 대상(1000)는 원통형 햅틱 대상이고 감쇠 구역(1002)은 햅틱 대상(1000)에 위치된 원통형 디스크이다. 도 10의 예에서, 햅틱 대상(1000) 및 감쇠 구역(1002)은 동일한 직경을 갖는 반면 감쇠 구역(1002)의 높이는 햅틱 대상(1000)의 높이보다 상당히 낮고 공유 축(1004)에 중심을 두고 있다. 다른 실시예에서, 다양한 상대 크기 및 치수가 가능하다. At
일부 예에서, 감쇠 구역(1002)은 해부학적 특징부(예를 들어, 뼈)의 표면에 근접한 햅틱 대상(1000)를 따라 위치된다. 예를 들어, 감쇠 구역(1002)은 뼈 표면의 외부 측면에 있을 수 있다. 이러한 경우에, 추적된 수술 도구(234)가 햅틱 대상(1000)에 의해 제한되는 동안 뼈에 접근함에 따라, 수술 도구(234)는 먼저 감쇠 구역(1002)에 도달한다. In some examples,
단계(904)에서, (예를 들어, 추적 시스템(222)으로부터의 데이터를 사용하여 처리 회로(260)에 의해) 수술 도구(234)가 감쇠 구역(1002)의 제1 측면에 진입하였다는 결정이 이루어진다. 도 10의 예에서, 수술 도구(234)의 TCP의 위치는 감쇠 구역(1002)에 대해 추적될 수 있고, 수술 도구(234)는 TCP가 감쇠 구역(1002)의 제1 표면(1006)과 교차할 때 감쇠 구역(1002)의 제1 측면에 진입한 것으로 결정될 수 있다.At
단계(906)에서, 로봇 디바이스(220)는 감쇠 구역을 통한 수술 도구의 이동에 부분적으로 저항하는 햅틱 피드백을 제공하도록 제어된다. 예를 들어, 감쇠 구역에 기초한 로봇 디바이스(220)의 제어는 수술 도구(234)가 감쇠 구역을 통과할 때 수술 도구(234)의 이동이 느려지게(예를 들어, 미리 설정된 속도를 초과하지 않도록) 야기할 수 있다. 감쇠 구역이 뼈의 표면에 위치하는 경우에, 감쇠 구역은 따라서 수술 도구(234)과 뼈 사이의 초기 충격에서 수술 도구(234)의 병진 이동 속도를 관리(예를 들어, 감소)하도록 작용할 수 있다. 수술 도구(234)의 병진 이동 속도를 감소시킴으로써, 프로세스(900)에 의해 제공되는 감쇠 구역은 스카이빙을 감소시키고, 절단 또는 보어/드릴 홀의 품질을 증가시키고, 절단 또는 홀 배치의 정확도를 증가시킬 수 있다. At
비록 도 9 내지 도 10은 로봇 디바이스(220)의 이동이 전술한 바와 같이 감쇠되는 감쇠 구역을 도시할지라도, 다른 실시예에서는 다른 효과와 관련된 다른 유형의 영역이 제공되며, 이 경우 단계(906)가 그에 따라 적응된다. 예를 들어, 일부 실시예에서 감쇠 구역은 로봇 디바이스(220)가 단계(906)에서 수술 도구가 가속 구역을 통과할 때 수술 도구(234)의 속도가 증가하게 하는 가속 구역으로 대체된다. 다른 예로서, 일부에서 실시예에서, 감쇠 구역은 인력 구역으로 대체되며, 이 구역에서 로봇 디바이스(220)는 인력 구역 내의 위치(예를 들어, 인력 구역의 중간점)를 향해 배향된 수술 도구(234)에 힘을 제공하도록 제어되거나, 또는 로봇 디바이스(220)가 반발 구역의 위치로부터 이격되게 배향된 수술 도구(234)에 힘을 제공하도록 제어되는 반발 구역으로 대체된다.Although Figures 9-10 show a damping zone in which the movement of the
단계(908)에서, (예를 들어, 추적 시스템(222)으로부터의 데이터를 사용하여 처리 회로(260)에 의해) 수술 도구가 감쇠 구역의 제2 측면에서 배출된 것의 결정이 이루어진다. 도 10의 예에서, 수술 도구(234)의 TCP의 위치는 감쇠 구역(1002)에 대해 추적될 수 있고, 수술 도구(234)는 TCP가 감쇠 구역(1002)의 제2 측면(1008)을 통과할 때 감쇠 구역(1002)의 제2 측면에서 배출된 것으로 결정될 수 있다.At
단계(910)에서, 수술 도구가 감쇠 구역의 제2 측면에서 배출된 것의 결정에 응답하여, 감쇠 구역은 (예를 들어, 처리 회로(260)에 의해) 햅틱 대상으로부터 제거된다. 단계(906)에서 적용된 저항성 피드백은 더 이상 적용되지 않는다. 일부 실시예에서, 수술 도구는 단계(906)의 저항을 겪지 않고 감쇠 구역에 의해 이전에 점유된 영역을 반복적으로 통과할 수 있다. 따라서, 수술 시스템(200)은 수술 도구(234)와 뼈 사이의 초기 접촉을 용이하게 하기 위해 감쇠 저항을 제공하고, 초기 접촉 이후에 이러한 저항을 자동으로 제거하도록 구성될 수 있다.At step 910 , in response to determining that the surgical instrument has been ejected from the second side of the attenuation zone, the attenuation zone is removed from the haptic object (eg, by processing circuitry 260 ). The resistive feedback applied in
이제 도 11 내지 도 13을 참조하면, 수술 도구 또는 로봇 팔에 장착된 버튼(키, 트리거, 스위치, 압력 센서, 손 위치 센서 등)을 통해 사용자로부터 수신된 입력에 응답하여 햅틱 상호작용을 조절하기 위한 프로세스를 도시하는 흐름도는 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 도 2를 참조하면 도 11-13의 프로세스는 로봇 팔(232) 또는 수술 도구(234)의 그립 또는 핸들 영역에 위치된 버튼을 고려하여, 수술 절차의 실행 동안에 사용자가 로봇 팔(232) 및 수술 도구(234)를 조작하는 동안 버튼이 사용자(예를 들어, 외과의사)에게 용이하게 이용가능하도록 한다. 버튼은 사용자가 로봇 팔(232) 및/또는 수술 도구(234)에 대한 사용자의 그립을 변경하도록 요구하지 않고 사용자가 수술 영역에서 사용자의 시각 또는 주의를 돌리도록 요구하지 않고 사용자에 의해 선택될 수 있다. 도 11 내지 도 13의 프로세스는 예를 들어 도 3의 단계(310)의 일부로서 수술 시스템(200)에 의해 실행될 수 있다. Referring now to FIGS. 11-13 , adjusting a haptic interaction in response to input received from a user via a button (key, trigger, switch, pressure sensor, hand position sensor, etc.) mounted on a surgical tool or robotic arm. A flowchart illustrating a process for Referring to FIG. 2 , the process of FIGS. 11-13 takes into account the buttons located in the grip or handle area of the
도 11은 버튼이 사용자가 제1 햅틱 대상과 제2 햅틱 대상 사이를 전환하도록 하는 프로세스(1100)의 흐름도를 도시한다. 단계(1102)에서, 수술 도구(234)는 제1 햅틱 대상으로 제한된다. 제1 햅틱 대상은 본 명세서에 설명된 임의의 치수, 형상 등 중을 가질 수 있다. 단계(1104)에서, 수술 도구 또는 로봇 팔에 장착된 버튼의 누름을 나타내는 전기 신호가 (예를 들어, 처리 회로(260)에서) 수신된다. 단계(1106)에서, 수술 도구(234)의 햅틱 제어는 제1 햅틱 대상에서 제2 햅틱 대상으로 전환되어, 단계(1108)에서 수술 도구(234)가 제2 햅틱 대상으로 제한된다. 일부 경우에는 버튼을 다시 눌러 제1 햅틱 대상을 기반으로 하는 제어되도록 복귀될 수 있다. 11 shows a flow diagram of a
프로세스(1100)는 제1 햅틱 대상 및 제2 햅틱 대상의 상대적인 크기, 형상 등에 기초하여 다양한 이점을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 햅틱 대상은 (즉, 제2 햅틱 대상이 제1 햅틱 대상보다 더 큰 이동 범위를 허용하도록) 제2 햅틱 대상의 하위 부분이다. 이러한 경우에, 사용자는 수술 도구(234)가 제1 햅틱 대상에 기초하여 제어 하에 도달하는 것이 제한되었던 영역에 수술 도구(234)가 도달하도록 허용하는 버튼을 선택할 수 있다. 일 예는 평면 햅틱 대상의 세트이며, 여기서 제1 햅틱 대상은 평면 절단의 가상으로 결정된 범위에 대응하는 반면, 제2 햅틱 대상은 더 큰 동일 평면 대상이다. 외과의사의 경험과 수술 중 관찰을 기초하여 외과의사는 필요한 경우 버튼을 눌러 수술 중 절단을 확장할 수 있다. 다른 예로, 제1 햅틱 대상과 제2 햅틱 대상은 부분적으로만 중첩될 수 있다. 이러한 예에서, 프로세스(1100)는 수술 절차의 상이한 단계들 사이의 전환을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 처리 회로(260)는 수술 도구가 현재 양쪽 햅틱 대상 내에 위치하지 않는 한 햅틱 제어 대상 사이의 전환을 방지한다.
도 12는 버튼이 사용자에 의해 가해진 힘의 방향으로 햅틱 대상이 확장되게 하는 프로세스(1200)를 도시한다. 단계(1202)에서, 수술 도구는 제1 햅틱 대상으로 제한된다. 제1 햅틱 대상은 본 명세서에 설명된 임의의 치수, 형상 등을 가질 수 있다. 단계(1204)에서, 수술 도구 또는 로봇 팔에 장착된 버튼의 누름을 나타내는 전기 신호가 (예를 들어, 처리 회로(260)에서) 수신된다. 12 depicts a
단계(1206)에서, 버튼으로부터의 신호에 응답하여, 수술 도구에 가해지는 힘의 방향이 (예를 들어, 처리 회로(260)에 의해) 결정된다. 수술 도구의 HIP는 햅틱 제어 상호작용이 힘이 수술을 힘의 방향으로 더 이동하게 하는 것을 방지하도록 제1 햅틱 대상의 경계에 위치될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 버튼의 누름은 사용자가 힘의 방향으로 수술 도구를 더 이동시키기를 원한다는 것을 나타낸다. 따라서, 단계(1208)에서, 제1 햅틱 대상은 힘의 방향으로 연장되고, 이에 의해 수술 도구가 제1 햅틱 대상에 의해 제한되기 전에 상기 방향으로 더 이동될 수 있다. 제1 햅틱 대상은 단계(1208)에서 미리 설정된 거리 또는 체적만큼 연장될 수 있다. 그 다음, 수술 도구는 연장된 제1 햅틱 대상에 의해 제한된다. At
프로세스(1200)는 이에 의해 사용자가 특정한 사용자 선택 방향으로 제1 햅틱 대상을 넘어 수술 도구를 확장하는 것을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 제1 햅틱 대상에 기초한 제어는 외과의사가 수술 도구로 변경하기를 원하는 해부학적 특징부의 전체 범위에 수술 도구가 도달하는 것을 제한할 수 있다. 그 다음, 외과의사는 수술 도구를 타겟 특징부 쪽으로 강제할 수 있고 버튼을 선택하여 햅틱 대상이 타겟 특징부를 향해 확장되게 할 수 있다. 그에 따라 프로세스(1200)는 햅틱 대상에 대한 유리한 수술 중 조절을 용이하게 한다.
도 13은 버튼이 사용자가 가상 도구의 가상 치수를 조절하도록 함으로써 가상 제어 상호작용을 조절하는 프로세스(1300)를 도시한다. 프로세스(1300)에 의해 고려되는 실시예에서, 햅틱 제어 상호작용은 수술 도구와 연관된 햅틱 상호작용 지점(예를 들어, TCP)를 추적함으로써 달성된다. HIP는 1차원 지점이다. 처리 회로는 HIP의 위치에 기초하여 수술 도구가 차지하는 체적을 결정하기 위해 수술 도구의 하나 이상의 가상 치수를 사용한다. 예를 들어, 구형 버의 경우 HIP가 구형 버의 중심에 위치할 수 있고 버의 반경을 사용하여 가상 공간에서 HIP 위치 및 반경 치수를 기반으로 구형 버가 차지하는 3차원 체적을 결정할 수 있다. 햅틱 제어는 수술 도구(또는 그 경계)가 차지하는 체적과 햅틱 대상 사이의 상호작용에 기초하여 제공된다. 구형 버의 예에서, HIP는 적어도 구형 버의 반경 치수만큼 햅틱 경계로부터 오프셋된 위치로 제한될 수 있다. 이러한 경우 구형 버의 가상 반경을 변경하면 HIP가 햅틱 경계에 더 근접하게 이동할 수 있다. 따라서 로봇 디바이스의 제어는 수술 도구의 가상 치수를 변경하여 변경될 수 있다. 13 depicts a
단계(1302)에서, 수술 도구는 제1 햅틱 대상으로 제한된다. 제1 햅틱 대상은 본 명세서에 설명된 임의의 치수, 형상 등을 가질 수 있다. 단계(1304)에서, 수술 도구 또는 로봇 팔에 장착된 버튼의 누름을 나타내는 전기 신호가 (예를 들어, 처리 회로(260)에서) 수신된다. 단계(1306)에서, 버튼으로부터의 신호에 응답하여 수술 도구의 가상 치수가 (예를 들어, 처리 회로(260)에 의해) 조절된다. 예를 들어, 수술 도구가 구형 버인 시나리오에서 구형 버의 가상 반경이 감소될 수 있다. In
단계(1308)에서, 로봇 디바이스는 수술 도구의 조절된 가상 치수에 기초하여 수술 도구를 제1 햅틱 대상으로 제한하도록 제어된다. 수술 도구의 가상 치수가 감소되는 예에서(예를 들어, 반경이 감소되는 경우), 수술 도구는 단계(1302)와 비교하여 단계(1308)에서 더 큰 이동 범위가 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 외과의사가 수술 도구가 단계(1302)에서 도달하도록 제한되는 위치에 수술 도구가 도달하도록 허용되기를 원할 때 버튼을 맞물릴 수 있다. 수술 도구의 가상 중심 지점의 위치는 또한 예를 들어, 축소된 크기의 가상 도구가 원래 크기의 가상 도구의 경계와 정렬되도록 수술 도구의 추적된 위치에 대해 이동될 수 있다. 이러한 이동은 공유 경계를 따라 이동 범위를 유지하면서 일부 방향에서 보다 큰 이동 범위를 수술 도구에 제공할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구의 가상 치수를 감소시킬 때 가상 중심 지점을 수술 도구의 원위 팁을 향하여 이동시키는 것은 증가된 좌우 이동 범위(즉, 수술 도구의 축에 직교함)를 허용할 수 있는 반면 수술 도구를 원래 절단 깊이로 제한한다. 프로세스(1300)는 그에 의해 수술 계획에 따라 수술 도구에 의해 변경될 수 있는 해부학적 특징부의 정도까지 수술 중 사소한 조절을 용이하게 할 수 있다.At
일부 실시예에서, 버튼은 수술 도구의 하나 이상의 가상 치수에 대한 반복적인 조절을 야기하도록 반복적으로 선택될 수 있다(예를 들어, 점점 더 작은 크기로 스테핑, 2개의 가용 크기 사이의 전환, 3개 이상의 가용 크기를 통해 순차적으로 이동, 등.). 많은 이러한 가능성이 본 개시의 범위 내에 있다. In some embodiments, the button may be selected repeatedly to cause iterative adjustments to one or more virtual dimensions of the surgical tool (eg, stepping to smaller and smaller sizes, switching between two available sizes, three Move sequentially through more available sizes, etc.). Many such possibilities are within the scope of the present disclosure.
다른 실시예에서, 입력은 또 다른 소스(예를 들어, 발 페달, 음성 활성화, 마우스, 키보드, 터치 스크린 등)로부터 수신된다. 다른 실시예에서, 사용자 입력(버튼에서 발생하는 것으로 도 11 내지 도 13에서 설명됨)은 수술 도구 및/또는 로봇 디바이스의 추적된 위치 또는 거동에 기초한 자동 응답으로 대체된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 햅틱 대상의 경계에서 수술 도구의 체류 시간이 검출된다. 체류 시간이 임계 시간을 초과할 때, 햅틱 제어는 단계(1106-1108, 1206-1210, 및/또는 1306-1308)에 설명된 바와 같이 변경될 수 있다. 이러한 다양한 변경은 본 개시의 범위 내에 있다. In other embodiments, the input is received from another source (eg, foot pedal, voice activation, mouse, keyboard, touch screen, etc.). In another embodiment, user input (as described in FIGS. 11-13 as occurring at a button) is replaced with an automatic response based on the tracked position or behavior of the surgical tool and/or robotic device. For example, in some embodiments, a residence time of the surgical tool at the boundary of the haptic object is detected. When the dwell time exceeds the threshold time, the haptic control may be changed as described in steps 1106-1108, 1206-1210, and/or 1306-1308. Various such modifications are within the scope of the present disclosure.
위에서 언급한 바와 같이, 도 4 내지 도 13에 예시된 다양한 특징부의 모든 조합은 본 개시의 범위 내에 있다. 예를 들어, 프로세스(300)는 프로세스(400), 프로세스(600), 프로세스(800), 프로세스(900), 프로세스(1100), 프로세스(1200), 및 프로세스(1300) 중 하나 이상의 단계를 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 본원에 기재된 다양한 특징부, 방법, 단계 등은 전체 및 부분 고관절, 무릎 및 어깨 인공관절 수술을 포함하는 다양한 수술 절차를 촉진하는 데 사용하고 비수술적 작업을 실행하는 데 사용할 수 있다. As noted above, all combinations of the various features illustrated in FIGS. 4-13 are within the scope of the present disclosure. For example,
다양한 예시적인 실시예에서 도시되는 바와 같은 시스템 및 방법의 구성과 배열은 예시적인 것일 뿐이다. 비록 본 명세서에서는 몇 가지의 실시예들만이 상세히 설명되었지만, 많은 변형예들(예를 들어, 크기, 치수, 구조, 형상 및 다양한 요소들의 비율, 파라미터의 값, 마운팅 장치, 재료의 용도, 색상, 배향 등의 변형)이 가능하다. 예를 들어, 요소들의 위치는 반전되거나 그렇지 않으면 변경될 수 있고, 이산 요소 또는 위치의 성질 또는 개수는 변하거나 변경될 수 있다. 따라서, 이러한 변형예들은 본 발명의 범위 내에 속하게 되도록 의도된다. 임의의 프로세스 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 다른 실시예에 따라서 변경되거나 다시 순서결정될 수 있다. 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 예시적인 실시예의 디자인, 동작 조건 및 배열에 있어서 다른 치환, 변경, 변화, 및 생략이 이루어질 수 있다.The construction and arrangement of systems and methods as shown in the various illustrative embodiments are illustrative only. Although only a few embodiments are described in detail herein, many variations (e.g., size, dimensions, structure, shape and ratio of various elements, values of parameters, mounting devices, uses of materials, colors, orientation, etc.) is possible. For example, the position of elements may be inverted or otherwise changed, and the nature or number of discrete elements or positions may change or change. Accordingly, such modifications are intended to fall within the scope of the present invention. The order or sequence of steps in any process or method may be changed or reordered according to other embodiments. Other substitutions, changes, changes, and omissions may be made in the design, operating conditions, and arrangement of the exemplary embodiments without departing from the scope of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "대략", "약", "실질적으로" 및 유사한 용어는 본 개시의 요지가 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적이고 허용되는 사용과 조화를 이루는 넓은 의미를 갖는 것으로 의도된다. 본 개시를 검토하는 당업자는 이러한 용어가 제공된 정확한 수치 범위로 이러한 특징의 범위를 제한하지 않으면서 기술되고 청구된 특정 특징의 설명을 허용하도록 의도된다는 것을 이해되어야 한다. 따라서, 이러한 용어는 설명된 요지의 미미하거나 중요하지 않은 변형 또는 변경을 나타내는 것으로 해석되어야 하며 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 고려되어야 한다. As used herein, the terms "approximately," "about," "substantially," and similar terms It is intended to have a broad meaning. It should be understood by those skilled in the art upon reviewing this disclosure that these terms are intended to permit the description of the specific features described and claimed without limiting the scope of those features to the precise numerical ranges provided. Accordingly, such terms should be interpreted as indicating minor or insignificant modifications or variations of the described subject matter and are considered to be within the scope of the present disclosure.
Claims (41)
수술 도구의 가상 표현과 연관된 제1 지점 및 제2 지점을 정의하는 단계 - 수술 도구의 가상 표현의 이동은 실제 공간에서의 수술 도구의 이동에 대응함 - ;
제1 지점을 가상 대상에 제한하기 위해 수술 도구에 결합된 로봇 디바이스를 제어하는 단계;
제1 지점이 가상 대상을 따른 임계 위치에 있다고 결정하는 단계; 및
제2 지점을 가상 대상으로 안내하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.defining a virtual object;
defining first and second points associated with the virtual representation of the surgical tool, wherein movement of the virtual representation of the surgical tool corresponds to movement of the surgical tool in real space;
controlling a robotic device coupled to the surgical tool to confine the first point to the virtual object;
determining that the first point is at a threshold location along the virtual object; and
and controlling the robotic device to guide the second point to the virtual object.
제2 지점이 가상 대상에 위치된 것을 결정하는 단계; 및
제1 지점 및 제2 지점을 가상 대상에 구속하는 단계를 추가로 포함하는 방법.According to claim 1,
determining that the second point is located on the virtual object; and
The method further comprising constraining the first point and the second point to the virtual object.
가상 대상에 대해 직교하게 미리 결정된 방향으로 도구에 가해진 힘을 검출하는 단계;
미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 및
미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과한다는 결정에 응답하여, 제1 지점 및 제2 지점이 가상 대상로부터 벗어나도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법. 4. The method of claim 3,
detecting a force applied to the tool in a predetermined direction orthogonal to the virtual object;
determining whether a force in a predetermined direction exceeds a threshold force; and
In response to determining that the force in the predetermined direction exceeds the threshold force, the method further comprising: controlling the robotic device so that the first point and the second point deviate from the virtual object.
가상 대상을 따라 감쇠 구역을 정의하는 단계;
제1 지점이 감쇠 구역에 있는 것을 결정하는 단계;
감쇠 구역을 통한 제1 지점의 이동에 저항하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1,
defining an attenuation zone along the virtual object;
determining that the first point is in an attenuation zone;
The method further comprising controlling the robotic device to resist movement of the first point through the damping zone.
제1 지점이 감쇠 구역을 통과했다고 결정하는 단계; 및
제1 지점이 감쇠 구역을 통과했다는 결정에 응답하여, 가상 대상로부터 감쇠 구역을 제거하는 단계를 포함하는 방법.6. The method of claim 5,
determining that the first point has passed the damping zone; and
in response to determining that the first point has passed the attenuation zone, removing the attenuation zone from the virtual object.
제2 지점을 가상 대상으로 안내하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계는 수술 도구에 보조 힘을 제공하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하고, 보조 힘은 가상 대상에 제2 지점의 이동을 돕도록 배향되는 방법.The method of claim 1,
Controlling the robotic device to guide the second point to the virtual object includes controlling the robotic device to provide an assisting force to the surgical tool, wherein the assisting force is oriented to assist movement of the second point on the virtual object. Way.
제1 지점이 가상 대상을 향해 이동하고 있는 것을 결정하는 단계; 및
제1 지점이 가상 대상을 향해 이동하고 있는 것의 결정에 응답하여, 보조 힘을 수술 도구에 제공하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하고, 보조 힘은 가상 라인으로 제1 지점의 이동을 돕도록 배향되는 방법.According to claim 1,
determining that the first point is moving towards the virtual object; and
in response to determining that the first point is moving towards the virtual object, controlling the robotic device to provide an assisting force to the surgical tool, wherein the assisting force is oriented to assist movement of the first point in the virtual line. how to be
신호를 수신하는 단계; 및
신호에 응답하여 제1 지점과 가상 대상 사이의 제어 상호작용을 변경하는 단계를 포함하는 방법.According to claim 1,
receiving a signal; and
and changing a control interaction between the first point and the virtual object in response to the signal.
타겟 뼈에 계획된 홀을 포함하는 수술 계획을 획득하는 단계; 및
계획된 홀과 가상 대상을 정렬하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 1 , wherein defining the virtual object comprises:
obtaining a surgical plan including a hole planned in the target bone; and
A method comprising aligning the planned hole with the virtual object.
제1 햅틱 대상에 기초하여 수술 도구를 제한하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계;
신호 및 사용자 정의 방향을 수신하는 단계; 및
제1 햅틱 대상을 사용자 정의 방향으로 확장함으로써 신호에 응답하여 햅틱 제어 상호작용을 조절하는 단계를 포함하는 방법.A method of operating a robotic device to which a tool is coupled, the method comprising:
controlling the robotic device to constrain the surgical tool based on the first haptic object;
receiving a signal and a user-defined direction; and
and adjusting the haptic control interaction in response to the signal by expanding the first haptic object in a user-defined direction.
도구의 가상 치수를 조절하는 단계; 및
수술 도구의 조절된 가상 치수에 기초하여 제1 햅틱 대상으로 도구를 제한하는 단계를 포함하는 방법.15. The method of claim 14, wherein adjusting the haptic control interaction in response to the signal comprises:
adjusting the virtual dimensions of the tool; and
and limiting the tool to the first haptic object based on the adjusted virtual dimension of the surgical tool.
제1 햅틱 대상은 라인 햅틱을 포함하고;
도구를 제1 햅틱 대상으로 제한하는 단계는 수술 도구와 연관된 제1 지점을 라인 햅틱으로 제한하는 단계를 포함하는 방법.15. The method of claim 14,
the first haptic object includes a line haptic;
The method of confining the tool to the first haptic object includes limiting a first point associated with the surgical tool to a line haptic.
미리 결정된 방향으로 도구에 가해지는 힘을 검출하는 단계;
미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 및
미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지의 결정에 응답하여, 도구가 햅틱 제어 상호작용을 종료할 수 있도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.15. The method of claim 14,
detecting a force applied to the tool in a predetermined direction;
determining whether a force in a predetermined direction exceeds a threshold force; and
responsive to determining whether the force in the predetermined direction exceeds the threshold force, controlling the robotic device such that the tool terminates the haptic control interaction.
수술 도구의 이동 방향을 결정하는 단계;
이동 방향이 제1 햅틱 대상을 향하는지의 여부를 결정하는 단계;
이동 방향이 제1 햅틱 대상을 향한다는 결정에 응답하여, 도구를 제1 햅틱 대상으로 안내하는 단계를 포함하는 방법.15. The method of claim 14,
determining a direction of movement of the surgical tool;
determining whether the direction of movement is toward the first haptic object;
responsive to determining that the direction of movement is toward the first haptic object, guiding the tool to the first haptic object.
제1 햅틱 대상에 대한 감쇠 구역을 정의하는 단계;
도구가 감쇠 구역에 있는지 결정하는 단계;
감쇠 구역을 통한 수술 도구의 이동에 저항하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.15. The method of claim 14,
defining an attenuation zone for the first haptic object;
determining whether the tool is in a damping zone;
The method further comprising controlling the robotic device to resist movement of the surgical tool through the damping zone.
도구가 감쇠 구역을 통과했는지 결정하는 단계; 및
수술 도구가 감쇠 구역을 통과했는지의 결정에 응답하여 감쇠 구역을 제거하는 단계를 포함하는 방법.21. The method of claim 20,
determining whether the tool has passed the damping zone; and
and removing the damping zone in response to determining whether the surgical tool has passed through the damping zone.
제1 햅틱 대상에 기초하여 도구를 제한하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계;
신호 및 사용자 정의 방향을 수신하는 단계; 및
도구의 가상 치수를 조절함으로써 신호에 응답하여 햅틱 제어 상호작용을 조절하는 단계를 포함하는 방법.A method of operating a robotic device to which a tool is coupled, the method comprising:
controlling the robotic device to constrain the tool based on the first haptic object;
receiving a signal and a user-defined direction; and
and adjusting the haptic control interaction in response to the signal by adjusting the virtual dimension of the tool.
로봇 디바이스에 결합된 도구의 이동을 추적하는 단계;
도구의 이동 방향을 결정하는 단계;
이동 방향이 가상 제어 대상을 향하는지의 여부를 결정하는 단계; 및
이동 방향이 가상 제어 대상을 향한다는 결정에 응답하여, 도구를 가상 제어 대상으로 안내하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.A method of operating a robotic device, comprising:
tracking movement of a tool coupled to the robotic device;
determining the direction of movement of the tool;
determining whether the moving direction is toward the virtual control object; and
responsive to determining that the direction of movement is toward the virtual control object, controlling the robotic device to guide the tool to the virtual control object.
상기 방법은:
제1 지점을 가상 제어 대상으로 제한하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계;
제1 지점이 가상 제어 대상을 따른 임계 위치에 있는 것을 결정하는 단계; 및
제2 지점을 가상 제어 대상으로 안내하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.24. The method of claim 23, wherein tracking movement of the tool coupled to the robotic device comprises tracking the position of the first point and the second point relative to the virtual control object, the first point and the second point being the tool. is associated with; and
The method is:
controlling the robot device to limit the first point to the virtual control object;
determining that the first point is at a threshold position along the virtual control object; and
The method further comprising controlling the robotic device to guide the second point to the virtual control object.
도구를 가상 제어 대상으로 제한하기 위해 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.24. The method of claim 23, further comprising: determining whether the tool is under virtual control; and
A method comprising controlling a robotic device to limit a tool to a virtual control object.
미리 결정된 방향으로 도구에 가해지는 힘을 검출하는 단계;
미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 및
미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지의 결정에 응답하여, 도구가 가상 제어 대상으로부터 이격되게 이동하도록 허용하기 위해 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.30. The method of claim 29,
detecting a force applied to the tool in a predetermined direction;
determining whether a force in a predetermined direction exceeds a threshold force; and
responsive to determining whether the force in the predetermined direction exceeds the threshold force, controlling the robotic device to allow the tool to move away from the virtual control object.
가상 제어 대상에 감쇠 구역을 정의하는 단계;
도구가 감쇠 구역에 있는지 결정하는 단계;
감쇠 구역을 통한 수술 도구의 이동에 저항하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.30. The method of claim 29,
defining an attenuation zone in the virtual control object;
determining whether the tool is in a damping zone;
A method comprising controlling the robotic device to resist movement of the surgical tool through the damping zone.
도구가 감쇠 구역을 통과했는지 결정하는 단계; 및
제1 지점이 감쇠 구역을 통과했는지의 결정에 응답하여 감쇠 구역을 가상 제어 대상으로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.32. The method of claim 31,
determining whether the tool has passed the damping zone; and
and removing the damping zone from the virtual control object in response to determining whether the first point has passed the damping zone.
신호를 수신하는 단계; 및
신호에 응답하여 햅틱 제어 상호작용을 조절하는 단계를 포함하는 방법.30. The method of claim 29,
receiving a signal; and
and adjusting the haptic control interaction in response to the signal.
가상 제어 대상 내에서 도구를 제한하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계;
가상 제어 대상의 구역을 정의하는 단계;
도구가 구역에 있는지 결정하는 단계;
구역에서 도구의 이동에 저항하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법. tracking a tool connected to the robotic device;
controlling the robotic device to limit the tool within the virtual control object;
defining an area of the virtual control object;
determining whether the tool is in the zone;
A method comprising controlling the robotic device to resist movement of the tool in the zone.
도구가 구역을 통과했는지를 결정하는 단계, 및
도구가 구역을 통과했는지의 결정에 응답하여, 가상 제어 대상으로부터 구역을 제거하는 단계를 포함하는 방법.35. The method of claim 34,
determining whether the tool has passed through the zone; and
responsive to determining whether the tool has passed through the zone, removing the zone from the virtual control object.
구역에서 도구의 이동을 저항하기 위하여 로봇 디바이스를 제어하는 단계는 도구의 속도가 최대 속도를 초과하는 것을 방지하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.35. The method of claim 34,
The method comprising controlling the robotic device to resist movement of the tool in the zone includes controlling the robotic device to prevent a speed of the tool from exceeding a maximum speed.
구역에서 도구의 이동에 저항하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계는 구역을 통한 도구의 이동 방향에 반대되는 힘을 도구에 제공하도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.35. The method of claim 34,
The method of controlling the robotic device to resist movement of the tool in the zone includes controlling the robotic device to provide a force to the tool that opposes a direction of movement of the tool through the zone.
미리 결정된 방향으로 도구에 가해지는 힘을 검출하는 단계;
미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 및
미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과한다는 결정에 응답하여, 수술 도구가 가상 제어 대상을 배출할 수 있도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.35. The method of claim 34,
detecting a force applied to the tool in a predetermined direction;
determining whether a force in a predetermined direction exceeds a threshold force; and
responsive to determining that the force in the predetermined direction exceeds the threshold force, controlling the robotic device such that the surgical tool ejects the virtual control object.
미리 결정된 방향은 가상 제어 대상의 중심축에 직교하는 방법.39. The method of claim 38,
The predetermined direction is orthogonal to the central axis of the virtual control object.
로봇 디바이스에 의해 도구를 가상 제어 대상으로 제한하는 단계;
대략적으로 미리 결정된 방향으로 도구에 가해진 힘을 검출하는 단계;
대략적으로 미리 결정된 방향의 힘이 임계 힘을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 및
대략적으로 미리 결정된 방향으로의 힘이 임계 힘을 초과한다는 결정에 응답하여, 도구가 가상 제어 대상을 배출할 수 있도록 로봇 디바이스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.A method of operating a robotic device to which a tool is coupled, the method comprising:
limiting the tool to a virtual control object by the robotic device;
detecting a force applied to the tool in an approximately predetermined direction;
determining whether a force in an approximately predetermined direction exceeds a threshold force; and
responsive to determining that the force in the approximately predetermined direction exceeds the threshold force, controlling the robotic device such that the tool ejects the virtual control object.
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